專利名稱：采用嵌入式微控制器的永磁三相交流發電機可控硅整流穩壓裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及永磁發電機輸出電壓穩壓技術，特別是一種采用嵌入式微控制器的永 磁三相交流發電機可控硅整流穩壓裝置。
背景技術：
目前，在航空器、輪船、汽車、工程機械、風力發電的供電中，采用永磁發電機越來 越普遍。永磁發電機的輸出電壓是隨著轉速變化的，因其工作轉速變化范圍大，因而輸出電 壓變化范圍也大，轉速高時輸出電壓高，轉速低時輸出電壓低，有時甚至相差1-3倍。為了 穩定永磁三相交流發電機的輸出電壓，目前普遍采是一、機械或電子開關并聯短路電能泄 放法；二、機械或電子調節串聯電阻降壓法；三、單相或三相半控可控硅橋式整流電路穩壓 法等穩壓方式。上述穩壓方式的穩壓精度均不高，不能完全滿足永磁發電機輸出電壓穩定 的要求。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種電路工作可靠、穩壓精度高 的永磁三相交流發電機可控硅整流穩壓裝置。本發明的技術方案是一種采用嵌入式微控制器的永磁三相交流發電機可控硅整 流穩壓裝置，包括由整流二極管1、整流二極管2、整流二極管3、單向可控硅4、單向可控硅 5、單向可控硅6、觸發二極管7、觸發二極管8和濾波電容器34組成的三相可控硅半控橋式 整流電路；由整流二極管1、整流二極管2、整流二極管3、整流二極管10、整流二極管11和 二整流極管12組成的三相橋式全波整流電路；由濾波電容器14、電阻15、晶體三極管16、 穩壓二極17、濾波電容器18、三端穩壓器19和濾波電容器18組成的雙級直流穩壓電路；由 觸發二極管7、觸發二極管8、觸發二極管9、限流電阻31、晶體三極管30、電阻28、電阻29、 晶體三極管27、電阻25和電阻27組成的可控硅門極控制電路；由嵌入式微控制器21、取樣 電阻32、取樣電阻33和濾波電容器34組成的電壓取樣控制電路；由二極管13、電阻22、穩 壓二極管23、電阻24組成的同步電路。在本發明提供的電路中，輸入端子38、輸入端子39、輸入端子40端加載永磁三相 交流發電機的三相交流電壓，輸入端子38連接整流二極管1的負極、單向可控硅4的陽極 和整流二極管10的正極，輸入端子39連接整流二極管2的負極、單向可控硅5的陽極和整 流二極管11的正極，輸入端子40連接整流二極管3的負極、單向可控硅6的陽極和整流二 極管12的正極，整流二極管10的負極、整流二極管11的負極和整流二極管12的負極與濾 波電容器14的正極、電阻15、晶體三極管16的集電極、晶體三極管30的集電極、電阻29連 接，電阻29另一端與電阻28、晶體三極管27的集電極連接，晶體三極管27的基極與電阻 25、電阻26連接，電阻25的另一端連接嵌入式微處理器的控制端，電阻15的另一端連接穩 壓二極管17的負極和晶體三極管16的基極，晶體三極管16的發射極與濾波電容器18的
3正極和三端穩壓器19電壓輸入端連接，三端穩壓器19電壓輸出端與濾波電容器20的正極 和嵌入式微處理器的電源+端連接，單向可控硅4的門極連接觸發二極管7的負極，單向可 控硅5的門極連接觸發二極管8的負極，單向可控硅6的門極連接觸發二極管9的負極， 單向可控硅4的陰極、單向可控硅5的陰極、單向可控硅6的陰極與取樣電阻32、濾波電容 器35的正極及輸出端子36連接，觸發二極管7的正極、觸發二極管8的正極和觸發二極 管9的正極與限流電阻31連接，限流電阻31的另一端與晶體三極管30的發射極連接，嵌 入式微控制器器AD端與取樣電阻32、取樣電阻33及濾波電容器34連接，整流二極管1的 正極、整流二極管2的正極、整流二極管3的正極、濾波電容器14負極、穩壓二極管17的正 極、濾波電容器18的負極、三端穩壓器19接地端、濾波電容器20的負極、晶體三極管27的 發射極、電阻26另一端、嵌入式微控制器21接地端、穩壓二極管23的正極、取樣電阻33另 一端、濾波電容器34另一端、濾波電容器35另一端及輸出端子37接地。本發明提供的可控硅整流裝置其工作原理如下永磁發電機開始運轉時，整流二 極管1、整流二極管2、整流二極管3、整流二極管10、整流二極管11和整流二極管12構成 的三相橋式全波整流電路輸出直流電，再經由濾波電容器14、電阻15、晶體三極管16、穩壓 二極17、濾波電容器18、三端穩壓器19和濾波電容器18組成的雙級直流穩壓電路濾波穩 壓，然后向由觸發二極管7、觸發二極管8、觸發二極管9、限流電阻31、晶體三極管30、電阻 28、電阻29、晶體三極管27、電阻25和電阻27組成的可控硅門極控制電路、嵌入式微控制 器21、取樣電阻32、取樣電阻33和濾波電容器34組成的電壓取樣控制電路提供工作電源， 電路開始工作。二極管13、電阻22、穩壓二極管23、電阻24組成的同步電路向嵌入式微控 制器21提供同步信號。取樣電阻28和取樣電阻29從輸出電壓Uout分壓取得的電壓Ui送入嵌入式微控 制器AD輸入端，當同步信號到來時，計算機進入中斷服務程序，這時開始進行AD轉換，轉 換后的數值與片內EEPROM中預存的設定目標穩壓值U對應的數值進行運算，根據運算結 果從微控制器控制端輸出控制信號驅動晶體三極管30，按照一定的要求開通或者關斷可控 硅，從而實現了可控硅的同步觸發。嵌入式微控制器內部的單片計算機執行預先編制的程 序。永磁發電機運轉時，如果整流穩壓裝置的輸出電壓Uout低于設定的目標穩壓值 U,嵌入式微控制器21控制輸出端為低電平，晶體三極管22截止，晶體三極管30導通，整流 二極管1、整流二極管2、整流二極管3、整流二極管10、整流二極管11和整流二極管12構 成的三相全波橋式整流電源正極通過晶體三極管14、電阻13、觸發二極管7、觸發二極管8、 觸發二極管9分別向單向可控硅4、單向可控硅5、單向可控硅6的門極提供觸發電流，可控 硅導通，單向可控硅4、單向可控硅5、單向可控硅6與整流二極管1、整流二極管2、整流二 極管3構成的三相可控硅半控橋式整流電路工作，輸出端子32輸出的直流電壓Uout上升 趨向設定的目標穩壓值U。如果整流穩壓裝置的輸出電壓Uout高于設定的目標穩壓值U，這時Ui高于Uw，嵌 入式微控制器21控制輸出端為高電平，晶體三極管27導通，晶體三極管30截止，三相全波 橋式整流電源正極不再通過晶體三極管14、電阻13、觸發二極管7、觸發二極管8、觸發二極 管9分別向單向可控硅4、單向可控硅5、單向可控硅6的門極提供觸發電流，可控硅截止， 單向可控硅4、單向可控硅5、單向可控硅6與整流二極管1、整流二極管2、整流二極管3構成的三相可控硅半控橋式整流電路停止工作，輸出端子32輸出的直流電壓Uout下降趨向 設定的目標穩壓值U。當輸出電壓Uout下降到低于設定的目標穩壓值U時，電路又重復上 述工作過程，三相可控硅半控橋式整流電路恢復工作，輸出端子32輸出的直流電壓Uout 重新上升趨向設定的目標穩壓值U。電路不斷重復上述工作過程，使得輸出端子32輸出的 直流電壓Uout穩定在設定的目標穩壓值U。本發明與現有技術相比具有如下特點1、采用的嵌入式微控制器內部的單片計算機芯片集成了 R0M/EPR0M、RAM、總線、總 線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash RAM,EEPROM等 各種必要功能和外設，片上外設資源豐富，其最大特點是單片化，體積減小，功耗和成本下 降、可靠性大大提高，尤其適合于永磁發電機整流穩壓裝置輸出電壓的控制。2、采用高精度A/D轉換技術、數字電壓比較技術和同步開關技術調節永磁發電機 穩壓裝置的輸出電壓，大大提高了輸出電壓的調節精度。3、當同步信號到來時，嵌入式微控制器內部的計算機進入中斷服務程序，開始進 行AD轉換，轉換后的數值與片內EEPROM中預存的設定目標穩壓值U對應的數值進行運算， 根據運算結果驅動晶體三極管30，開通或者關斷可控硅，從而實現了可控硅的同步觸發。以下結合附圖和具體實施方式
對本發明的詳細結構作進一步描述。
附圖1為本發明的電路示意圖。
具體實施例方式如附圖1所示一種采用嵌入式微控制器的永磁三相交流發電機可控硅整流穩壓 裝置，包括由整流二極管1、整流二極管2、整流二極管3、單向可控硅4、單向可控硅5、單向 可控硅6、觸發二極管7、觸發二極管8和濾波電容器34組成的三相可控硅半控橋式整流 電路；由整流二極管1、整流二極管2、整流二極管3、整流二極管10、整流二極管11和二整 流極管12組成的三相橋式全波整流電路；由濾波電容器14、電阻15、晶體三極管16、穩壓 二極17、濾波電容器18、三端穩壓器19和濾波電容器18組成的雙級直流穩壓電路；由觸發 二極管7、觸發二極管8、觸發二極管9、限流電阻31、晶體三極管30、電阻28、電阻29、晶體 三極管27、電阻25和電阻27組成的可控硅門極控制電路；由嵌入式微控制器21、取樣電阻 32、取樣電阻33和濾波電容器34組成的電壓取樣控制電路；由二極管13、電阻22、穩壓二 極管23、電阻24組成的同步電路。在本發明提供的電路中，輸入端子38、輸入端子39、輸入端子40端加載永磁三相 交流發電機的三相交流電壓，輸入端子38連接整流二極管1的負極、單向可控硅4的陽極 和整流二極管10的正極，輸入端子39連接整流二極管2的負極、單向可控硅5的陽極和整 流二極管11的正極，輸入端子40連接整流二極管3的負極、單向可控硅6的陽極和整流二 極管12的正極，整流二極管10的負極、整流二極管11的負極和整流二極管12的負極與濾 波電容器14的正極、電阻15、晶體三極管16的集電極、晶體三極管30的集電極、電阻29連 接，電阻29另一端與電阻28、晶體三極管27的集電極連接，晶體三極管27的基極與電阻 25、電阻26連接，電阻25的另一端連接嵌入式微處理器的控制端，電阻15的另一端連接穩壓二極管17的負極和晶體三極管16的基極，晶體三極管16的發射極與濾波電容器18的 正極和三端穩壓器19電壓輸入端連接，三端穩壓器19電壓輸出端與濾波電容器20的正極 和嵌入式微處理器的電源+端連接，單向可控硅4的門極連接觸發二極管7的負極，單向 可控硅5的門極連接觸發二極管8的負極，單向可控硅6的門極連接觸發二極管9的負極， 單向可控硅4的陰極、單向可控硅5的陰極、單向可控硅6的陰極與取樣電阻32、濾波電容 器35的正極及輸出端子36連接，觸發二極管7的正極、觸發二極管8的正極和觸發二極 管9的正極與限流電阻31連接，限流電阻31的另一端與晶體三極管30的發射極連接，嵌 入式微控制器器AD端與取樣電阻32、取樣電阻33及濾波電容器34連接，整流二極管1的 正極、整流二極管2的正極、整流二極管3的正極、濾波電容器14負極、穩壓二極管17的正 極、濾波電容器18的負極、三端穩壓器19接地端、濾波電容器20的負極、晶體三極管27的 發射極、電阻26另一端、嵌入式微控制器21接地端、穩壓二極管23的正極、取樣電阻33另 一端、濾波電容器34另一端、濾波電容器35另一端及輸出端子37接地。
權利要求
一種采用嵌入式微控制器的永磁三相交流發電機可控硅整流穩壓裝置，其特征是包括由整流二極管(1)、整流二極管(2)、整流二極管(3)、單向可控硅(4)、單向可控硅(5)、單向可控硅(6)、觸發二極管(7)、觸發二極管(8)和濾波電容器(34)組成的三相可控硅半控橋式整流電路；由整流二極管(1)、整流二極管(2)、整流二極管(3)、整流二極管(10)、整流二極管(11)和二整流極管(12)組成的三相橋式全波整流電路；由濾波電容器(14)、電阻(15)、晶體三極管(16)、穩壓二極(17)、濾波電容器(18)、三端穩壓器(19)和濾波電容器(18)組成的雙級直流穩壓電路；由觸發二極管(7)、觸發二極管(8)、觸發二極管(9)、限流電阻(31)、晶體三極管(30)、電阻(28)、電阻(29)、晶體三極管(27)、電阻(25)和電阻(27)組成的可控硅門極控制電路；由嵌入式微控制器(21)、取樣電阻(32)、取樣電阻(33)和濾波電容器(34)組成的電壓取樣控制電路；由二極管(13)、電阻(22)、穩壓二極管(23)、電阻(24)組成的同步電路；在電路中，輸入端子(38)、輸入端子(39)、輸入端子(40)端加載永磁三相交流發電機的三相交流電壓，輸入端子(38)連接整流二極管(1)的負極、單向可控硅(4)的陽極和整流二極管(10)的正極，輸入端子(39)連接整流二極管(2)的負極、單向可控硅(5)的陽極和整流二極管(11)的正極，輸入端子(40)連接整流二極管(3)的負極、單向可控硅(6)的陽極和整流二極管(12)的正極，整流二極管(10)的負極、整流二極管(11)的負極和整流二極管(12)的負極與濾波電容器(14)的正極、電阻(15)、晶體三極管(16)的集電極、晶體三極管(30)的集電極、電阻(29)連接，電阻(29)另一端與電阻(28)、晶體三極管(27)的集電極連接，晶體三極管(27)的基極與電阻(25)、電阻(26)連接，電阻(25)的另一端連接嵌入式微處理器的控制端，電阻(15)的另一端連接穩壓二極管(17)的負極和晶體三極管(16)的基極，晶體三極管(16)的發射極與濾波電容器(18)的正極和三端穩壓器(19)電壓輸入端連接，三端穩壓器(19)電壓輸出端與濾波電容器(20)的正極和嵌入式微處理器的電源+端連接，單向可控硅(4)的門極連接觸發二極管(7)的負極，單向可控硅(5)的門極連接觸發二極管(8)的負極，單向可控硅(6)的門極連接觸發二極管(9)的負極，單向可控硅(4)的陰極、單向可控硅(5)的陰極、單向可控硅(6)的陰極與取樣電阻(32)、濾波電容器(35)的正極及輸出端子(36)連接，觸發二極管(7)的正極、觸發二極管(8)的正極和觸發二極管(9)的正極與限流電阻(31)連接，限流電阻(31)的另一端與晶體三極管(30)的發射極連接，嵌入式微控制器器AD端與取樣電阻(32)、取樣電阻(33)及濾波電容器(34)連接，整流二極管(1)的正極、整流二極管(2)的正極、整流二極管(3)的正極、濾波電容器(14)負極、穩壓二極管(17)的正極、濾波電容器(18)的負極、三端穩壓器(19)接地端、濾波電容器(20)的負極、晶體三極管(27)的發射極、電阻(26)另一端、嵌入式微控制器(21)接地端、穩壓二極管(23)的正極、取樣電阻(33)另一端、濾波電容器(34)另一端、濾波電容器(35)另一端及輸出端子(37)接地。
全文摘要
一種采用嵌入式微控制器的永磁三相交流發電機可控硅整流穩壓裝置，包括可控硅半控橋式整流電路、三相橋式全波整流電路、雙級直流穩壓電路、可控硅門極控制電路、電壓取樣控制電路和同步電路。整流裝置中三相橋式全波整流電路和雙級直流穩壓電路構成的電源向嵌入式微控制器及可控硅門極控制電路供電。本發明采用高精度A/D轉換技術、數字電壓比較技術和同步開關技術調節永磁發電機穩壓裝置的輸出電壓，實現了可控硅的同步觸發，大大提高了穩壓裝置的電壓控制精度。
文檔編號H02P9/48GK101944874SQ201010283749
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者張振峰, 胡海洋 申請人:衡陽中微科技開發有限公司