改進(jìn)的無(wú)源電力調(diào)整器制造技術(shù)

一種改進(jìn)的無(wú)源電力調(diào)整器，是對(duì)實(shí)用新型專利技術(shù)專利《無(wú)源電力調(diào)整器》（專利號(hào)：０３２３６２６３．３）的控制電路進(jìn)行改進(jìn)后研制的裝置，其控制電路的主要改進(jìn)之處是：其中信號(hào)／電源分離電路的輸出電源電壓為３Ｖ，采用超低輸入阻抗技術(shù)，使得輸入阻抗從原來(lái)的在工作電流２０ｍＡ?xí)r的５００歐降低到２００歐，可以滿足將三臺(tái)該裝置的輸入端串聯(lián)在三相負(fù)載上的使用要求；在信號(hào)／電源分離電路與單片微型計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端之間設(shè)置信號(hào)調(diào)理和電壓限幅電路，用于對(duì)信號(hào)／電壓分離電路輸出的０．２～１Ｖ直流控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)理變換和限幅為０～３Ｖ的控制信號(hào)后，輸入單片微型計(jì)算機(jī)，大大提高單片機(jī)的采樣分辨率；在單片微型計(jì)算機(jī)的輸入端設(shè)置功率器件溫度檢測(cè)電路，防止電路因熱失控而造成設(shè)備損壞。（*該技術(shù)在2014年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種工業(yè)上廣泛使用的電力調(diào)整器，確切地說(shuō)，涉及一種改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)，可以適用于三相交流電應(yīng)用環(huán)境的無(wú)源電力調(diào)整器；屬于電力電子器件

技術(shù)介紹
近年來(lái)，微電子技術(shù)發(fā)展十分迅猛，超大規(guī)模集成技術(shù)可以把一個(gè)功能非常強(qiáng)大、電路非常復(fù)雜的電路集成在1～2平方厘米的硅片中。但是，由于各種原因，電源供電電路的集成化卻進(jìn)展緩慢，這給電力調(diào)整器的小型化、智能化、高性能和高可靠性的發(fā)展帶來(lái)一個(gè)非常大的阻礙。申請(qǐng)人在2003年元月研制成功的《無(wú)源電力調(diào)整器》(專利號(hào)03236263.3)裝置作為無(wú)源電力調(diào)整器或自身電源(self-power)的電力調(diào)整器，在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)反應(yīng)甚好。該裝置不用任何形式的外供電電源，只是將4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的控制信號(hào)和工作電源，為內(nèi)部控制電路同時(shí)提供控制信號(hào)和電源。其技術(shù)特點(diǎn)是對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)4～20mA的底電流4mA的巧妙利用，即從中分離出內(nèi)部所需的供電電源。因?yàn)樵诠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mA中，4mA在控制系統(tǒng)中邏輯上被定義為0。這樣能夠最大程度簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，提高工作可靠性。該裝置還應(yīng)用現(xiàn)代較為先進(jìn)的單片微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正的無(wú)源數(shù)碼技術(shù)。不但能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)控制對(duì)調(diào)功器進(jìn)行調(diào)功/調(diào)壓一體化的需求，兼具調(diào)功和調(diào)壓兩種功能；并且調(diào)功、調(diào)壓的轉(zhuǎn)換非常簡(jiǎn)單。此外，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接線少、體積小、安裝方便、工作穩(wěn)定可靠，在機(jī)械、化工、紡織、冶金、電鍍、熱處理等許多行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。但是，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該無(wú)源電力調(diào)整器還存在有以下三個(gè)技術(shù)問(wèn)題 1、輸入阻抗太大通常的儀器儀表輸出電流為4-20mA時(shí)，要求負(fù)載設(shè)備的輸入阻抗在工作電流20mA時(shí)必須小于600歐姆。上述無(wú)源電力調(diào)整器裝置的輸入阻抗在工作電流20mA時(shí)為500歐姆，單獨(dú)使用時(shí)沒(méi)有問(wèn)題。但是，當(dāng)應(yīng)用于三相交流電的加熱系統(tǒng)時(shí)，需要使用三個(gè)無(wú)源電力調(diào)整器，將其輸入端串聯(lián)起來(lái)使用(參見圖3)。但是，此時(shí)的總輸入阻抗在工作電流20mA時(shí)達(dá)到1500歐姆，無(wú)法滿足普通儀器儀表對(duì)輸入阻抗的要求，因此無(wú)法應(yīng)用。2、分辨率損失太大上述無(wú)源電力調(diào)整器裝置在其接收到儀器儀表輸出信號(hào)為4-20mA時(shí)，轉(zhuǎn)換到單片機(jī)的輸入電壓為1-5v，不能夠充分利用單片機(jī)0-5v的滿量程，無(wú)形之中造成測(cè)量分辨率下降了20％。3、上述無(wú)源電力調(diào)整器裝置沒(méi)有溫度保護(hù)裝置，當(dāng)通過(guò)電流而發(fā)熱的晶閘管溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)造成該模塊熱失控的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀整個(gè)電路。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是提供一種能夠解決上述種種缺陷的改進(jìn)的無(wú)源電力調(diào)整器，該裝置采用減小輸入阻抗、增加信號(hào)調(diào)理和電壓線形限幅電路和功率器件的溫度檢測(cè)電路，以及采用新型單片機(jī)提高測(cè)量分辨率等技術(shù)手段，對(duì)原有產(chǎn)品的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，在繼續(xù)保持原有產(chǎn)品的小型化、智能化、高性能和高可靠性的前提下，使該裝置能夠提高其性能指標(biāo)和獲得更加廣泛應(yīng)用。本技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種改進(jìn)的無(wú)源電力調(diào)整器，該裝置的控制電路包括有單片微型計(jì)算機(jī)及其外圍的信號(hào)/電源分離電路、光隔離相位檢測(cè)電路、工作狀態(tài)顯示電路、工作方式選擇電路、光隔離觸發(fā)驅(qū)動(dòng)輸出及功率器件電路；其中信號(hào)/電源分離電路輸入4～20mA的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流，在輸出直流控制信號(hào)的同時(shí)，還輸出電源電壓用作整個(gè)控制電路的電源；其特征在于所述控制電路中的信號(hào)/電源分離電路的輸出電源電壓為3V；在信號(hào)/電源分離電路與單片微型計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端之間設(shè)置信號(hào)調(diào)理和電壓限幅電路，用于對(duì)信號(hào)/電壓分離電路輸出的0.2～1V直流控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)理變換和限幅為0～3V的控制信號(hào)后，輸入單片微型計(jì)算機(jī)；在單片微型計(jì)算機(jī)的輸入端設(shè)置功率器件溫度檢測(cè)電路。所述信號(hào)/電源分離電路的輸入端是4～20mA的控制信號(hào)，輸入兩端跨接有濾波電容和一個(gè)穩(wěn)壓二極管(Z3)，其后并聯(lián)接有分別由限流電阻(R1)串接一穩(wěn)壓管(Z1)以及另一穩(wěn)壓管(Z2)串接另一限流電阻(R2)構(gòu)成的兩條支路；在前一穩(wěn)壓管(Z1)的兩端并聯(lián)接有一濾波電容，同時(shí)為整個(gè)控制電路輸出3V工作電源；在另一支路的另一電阻(R2)的兩端向單片機(jī)輸出0.2～1V的控制信號(hào)。所述穩(wěn)壓管(Z1)的穩(wěn)壓參數(shù)值是3V，限流電阻(R1)為50歐。所述穩(wěn)壓管(Z3)的穩(wěn)壓參數(shù)值是5.6V，用于消除輸入信號(hào)的毛刺以及避免輸入信號(hào)因故障升高或輸入信號(hào)接反而損壞該電力調(diào)整器。所述信號(hào)調(diào)理電路和電壓限幅電路是由微功耗運(yùn)算放大器組成的帶偏置的同相放大電路和由電位器組成的電壓限幅電路組成，信號(hào)/電源分離電路輸出的0.2～1V的控制信號(hào)接至該運(yùn)算放大器的正相輸入端，其反相輸入端為電壓負(fù)反饋和偏置電路；該運(yùn)算放大器的輸出直接接至電位器組成的電壓限幅電路，分壓后輸入單片微型計(jì)算機(jī)的信號(hào)幅度為0～3V。所述功率器件溫度檢測(cè)電路是放置在晶閘管附近的溫度傳感器，其輸出直接送入單片微型計(jì)算機(jī)的輸入端。所述單片微型計(jì)算機(jī)的工作電源為3V，其型號(hào)為具有10位A/D分辨率的PIC12F683。本技術(shù)是對(duì)技術(shù)專利《無(wú)源電力調(diào)整器》(專利號(hào)03236263.3)的控制電路進(jìn)行改進(jìn)的一種工業(yè)電力調(diào)整器。該裝置仍然保留原來(lái)的技術(shù)特點(diǎn)不用任何形式的外供電電源，僅利用4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的控制信號(hào)和工作電源，為控制電路同時(shí)提供控制信號(hào)和電源；同時(shí)應(yīng)用現(xiàn)代較為先進(jìn)的單片機(jī)和數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)源數(shù)碼技術(shù)。不但能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)控制上對(duì)調(diào)功器進(jìn)行調(diào)功/調(diào)壓一體化的需求，兼具調(diào)功、調(diào)壓兩種功能；并且調(diào)功、調(diào)壓的轉(zhuǎn)換非常簡(jiǎn)單，只需改變跳線J4的插頭位置即可。本技術(shù)的特點(diǎn)是對(duì)原來(lái)的無(wú)源電力調(diào)整器(專利號(hào)03236263.3)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多處改進(jìn)，使得其性能更加完善，工作可靠性更強(qiáng)，應(yīng)用場(chǎng)合更廣泛。下面具體介紹之將信號(hào)/電源分離電路輸出的電源工作電壓改為3V，采用超低輸入阻抗技術(shù)，使得輸入阻抗從原來(lái)在工作電流20mA時(shí)的500歐降低到200歐，可以滿足將三臺(tái)本技術(shù)裝置的輸入端串聯(lián)在三相負(fù)載的使用要求；解決了原電力調(diào)整器輸入阻抗較大，不能多臺(tái)使用的問(wèn)題。原來(lái)產(chǎn)品的電路分辨率損失較大，為此采用高分辨率技術(shù)將信號(hào)/電壓分離電路輸出的0.2～1V信號(hào)，經(jīng)過(guò)微功耗的信號(hào)調(diào)理和電壓限幅電路進(jìn)行調(diào)理和變換為0～3V信號(hào)，大大提高單片微型計(jì)算機(jī)的采樣分辨率。再加上采用有10位A/D分辨率的PIC12F683單片機(jī)(原來(lái)的產(chǎn)品A/D分辨率為8位)，與原來(lái)的調(diào)壓器相比教，分辨率至少提高20％。原來(lái)產(chǎn)品的限幅電路是將+5V電源用電位器分壓后，送入單片機(jī)的另一A/D輸入端，占用了單片機(jī)的寶貴資源。并且，原先的限幅運(yùn)算是靠單片機(jī)軟件完成的，實(shí)時(shí)性較差。本技術(shù)的電壓限幅電路是直接將信號(hào)調(diào)理電路的輸出用電位器進(jìn)行分壓后送入單片機(jī)的A/D輸入端，依靠硬件完成電壓限幅，較之以前的電路，實(shí)時(shí)性好，占用系統(tǒng)資源少。原來(lái)產(chǎn)品沒(méi)有溫度保護(hù)裝置，工作時(shí)熱穩(wěn)定性差，保險(xiǎn)系數(shù)低。當(dāng)電流過(guò)載、環(huán)境溫度過(guò)高或散熱器損壞時(shí)，電路就會(huì)發(fā)生熱失控，造成設(shè)備損壞。為此，本技術(shù)增設(shè)溫度傳感器組成的功率器件溫度檢測(cè)電路較好地解決了該問(wèn)題。另外，本技術(shù)還在輸入端并聯(lián)了一個(gè)5.6V的穩(wěn)壓二極管，可以避免發(fā)生輸入信號(hào)因故障升高或輸入信號(hào)接反而損壞調(diào)壓器的現(xiàn)象。附圖說(shuō)明圖1是本實(shí)用本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種改進(jìn)的無(wú)源電力調(diào)整器，該裝置的控制電路包括有單片微型計(jì)算機(jī)及其外圍的信號(hào)／電源分離電路、光隔離相位檢測(cè)電路、工作狀態(tài)顯示電路、工作方式選擇電路、光隔離觸發(fā)驅(qū)動(dòng)輸出及功率器件電路；其中信號(hào)／電源分離電路輸入４～２０ｍＡ的工作標(biāo)準(zhǔn)電流，在輸出直流控制信號(hào)的同時(shí)，還輸出電源電壓用作整個(gè)控制電路的電源；其特征在于：所述控制電路中的信號(hào)／電源分離電路的輸出電源電壓為３Ｖ；在信號(hào)／電源分離電路與單片微型計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端之間設(shè)置信號(hào)調(diào)理和電壓限幅電路，用于對(duì)信號(hào)／電壓分離電路輸出的０．２～１Ｖ直流控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)理變換和限幅為０～３Ｖ的控制信號(hào)后，輸入單片微型計(jì)算機(jī)；在單片微型計(jì)算機(jī)的輸入端設(shè)置功率器件溫度檢測(cè)電路。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：毛海云，王子龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：毛海云，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：11[中國(guó)|北京]