随着大容量家用电器逐渐进入千家万户，对电力的需求与日俱增。由于我国电力供应在某些地区仍然十分紧张，使得电网端电压在用电高峰时急剧下降。过低的电压将导致家用电器的不正常运转，直接影响其寿命和使用效果。
目前市上出售的交流稳压电源仍以模拟控制方式为主，在结构上大多采用自耦调压变压器和改变主变压器原副边匝数的方法，不仅体积庞大、生产成本高，而且效率低、反映速度慢、稳压范围窄。本文介绍了一种采用单片微机构成的全自动交流稳压器，克服了上述缺点，是一种具有高稳定性能的通用型交流稳压电源。
主电路工作原理
主电路如图1所示。其结构特点是：变压器b2的次级电压u2与输入电压u0相串联，起着调节电压的作用。因此其容量仅为其他类型的1/3，即使加上b1的容量也要比其他类型的交流稳压器小1/3，因而具有重量轻、体积小的特点。变压器b1的次级有12个抽头连接着12只双向可控硅(bcr1～bcr12)。双向可控硅的导通与否由单片微机的控制系统决定，每次只有一个可控硅导通。当bcr1～bcr8导通时，u2与u0同相，输出为升压。当bcr9～bcr12中任意一个导通时，u2与u0反相，输出为降压。因此当输入电压波动或者因负载变化导致电网端电压下降时，bcr1～bcr12中任意一只可控硅会自动导通，直至负载两端电压保持在220v左右。当输入电压为220v时，bcr13导通，bcr1～bcr12关断，输入电压直接作用在负载两端。
图1 交流稳压电源主电路
并联在b2初级和次级两端的电阻和电容是为了释放在可控硅切换过程中的反向电势，防止可控硅的误导通。串联在负载回路的继电器触点是为了保证系统在启动正常后，才将负载接入电网，保证了设备的安全使用。
可控硅的触发电路
为了提高整机的可靠性，采用专用的双向可控硅驱动器(moc3021)，使控制线路与主电路作到了完全的电器隔离。moc3021为美国motorola公司生产的专用芯片，其电路原理见图2a。
图2 moc3021及实用电路
对于电阻性负载采用图2b所示的应用电路。其中r1为限流电阻，选择时应考虑二极管部分的工作电流，一般为10～20ma。输出级串联的电阻r2由下式决定：
r2=vot/im
式中：vot——双向可控硅的断态峰值电压；
im——驱动器输出部分承受的浪涌电流(moc3021为1a)。
对于电感性负载用图2c所示的电路。由r2，r3及c1和c2，r4组成的缓冲电路，以抑制输出级的dv/dt。在图1所示的主电路中，双向可控硅的负载为变压器b2的初级，故选用电感性负载的驱动电路，其中rc的参数通常由实验确定。
单片微机控制系统的硬件
系统硬件如图3所示。电路主要由3部分组成，即指令输入、单片机最小系统和前向通道。其作用如下：指令输入由操作开关组成，分别控制着系统的工作方式及启动、停止和故障处理。单片机系统扩展了1片8255芯片，其输出经反向器后控制着13个可控硅的导通和截止。前向通道由整流、光电隔离器和滤波电路组成，将输入电网电压转化为0～5v的直流电压，进入a/d转换芯片0809的0通道。控制程序则根据采集的电压大小控制着13只可控硅中某1个通道，从而完成全自动的稳压过程。
图3 单片微机控制系统硬件硬件框图
系统软件设计思想
1. 划分稳压区域
根据13只可控硅的对应位置，分配了13个稳压区间：bcr1：135～145v；bcr2：145～155v；bcr3：155～165v；bcr4：165～175v；bcr5：175～185v；bcr6：185～195v；bcr7：195～205v；bcr8：205～215v；bcr13：215～225v；bcr9：225～235v；bcr10：235～245v；bcr11：245～255v；bcr12：255～265v。例如，当单片机根据采样电压判断电网电压为190v时，就发出接通bcr6的命令。当电网电压为220v时，则接通与b2次级相并联的bcr13，并且使bcr1～bcr12截止。此时调节器b2被短接，处于直通状态。计算机不断地对电网电压进行采样，并不断地发出控制命令，从而完成全自动的稳压过程。
此外，计算机必须对低于125v和高于265v的电网电压进行处理，并尽可能地提高负载电压的稳定程度。
2. 设置重叠区
为了尽可能地减少可控硅的开通次数，对处于区域临界线上的电压做了如下处理：在交界线两侧划出具有一定带宽的重叠区域(如图4)。当单片机根据采样值确认电网电压处于该重叠区时，发出控制命令，接通对应的可控硅，并记录此时的可控硅的序号。在下次采样时，如果采样值仍处在该重叠区，则根据上次采样后记录下来的可控硅序号，继续使该可控硅导通。这样，虽然牺牲了一点精度，但减少了可控硅在交界处的频繁开通，大大地提高了可靠性和使用寿命。
图4 重叠区域示意图
3. 可控硅换向环流的消除
由于可控硅内部载流子的运动，其关断过程需要一定的时间。当可控硅进行切换时，如果某一个可控硅还未关断，而另一个可控硅已经打开，就会在变压器b1的次级构成很大的环流，导致可控硅的损坏。为了防止此现象的发生，在可控硅进行切换时，采用延时5～10ms的方法，使切换中需要关断的可控硅，在撤去控制信号后能在这段固定的时间内可靠地关断。然后再通另一个可控硅，从而保证了可控硅的安全使用。
实验及结论
对3kva的交流稳压电源进行了试验。以1台1.5匹空调和2kw白炽灯并联作为负载，用调压器改变输入电压测得的数据略。
其主要技术参数为：稳压范围130～270v；稳压精度±2%；动态响应时间＜10ms；波形失真度＜1%。
总之，采用微机控制的全自动交流稳压电源，不仅具有稳压范围宽、精度高、波形几乎无失真等特点，而且还具有自检和过压及欠压处理功能。
作者单位：王伟（华中理工大学 430074）
陈育新（华中理工大学 430074）
朱六妹（华中理工大学 430074）
参考文献：
［1］刘定建.实用可控硅电路集.上海：同济大学出版社，1992
［2］李峻.双向晶闸管驱动器的应用.电力电子技术，1992.8 |
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