基于PSOC 3的移相控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),含電路圖
摘 要:
介紹以CYPRESS產(chǎn)品為核心的基于PSOC 3的移相控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用PSOC技術(shù),使用CapSense作為控制信號(hào)的輸入,通過(guò)PSOC進(jìn)行數(shù)字調(diào)相,實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的調(diào)整。并提供按鍵輸入信號(hào),以滿足用戶的不同的應(yīng)用要求。
引 言:
工業(yè)領(lǐng)域中功率調(diào)整一般采用可控硅移相控制的方法,通過(guò)改變交流電的初始相位(導(dǎo)通角)來(lái)控制電源對(duì)負(fù)載的輸出功率。這種電路多使用電位器,因此就不可避免的具有電位器的缺陷:機(jī)械磨損、摩擦噪聲等。本設(shè)計(jì)采用PSOC技術(shù),使用PSOC CapSense和按鍵作為控制信號(hào)的輸入,通過(guò)PSOC進(jìn)行數(shù)字調(diào)相,避免了電位器調(diào)整的缺陷。
PSOC 簡(jiǎn) 述
PSoC是Cypress半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的的可編程片上系統(tǒng)芯片。它主要由8位微處理器,可編程模擬模塊和數(shù)字模塊,外加可編程恒流源(IDAC). I2C,F(xiàn)lash, SRAM等周邊外圍模塊組成,如圖1所示。
圖1 PSoC的功能框圖
因此,PSoC除了能實(shí)現(xiàn)一般MCU的功能外,還可通過(guò)可編程模擬和數(shù)字模塊靈活地實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)所需的模擬與數(shù)字外圍功能。為了方便用戶簡(jiǎn)單而快速地實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字外圍功能的設(shè)計(jì),Cypress基于可編程數(shù)字模擬模塊構(gòu)建了大量的用戶模塊,如可編程運(yùn)算放大器,比較器,6至14位的模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器,濾波器,8/16 /24/32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,脈寬調(diào)制器,觸摸感應(yīng)等模塊。這些用戶模塊將PSoC內(nèi)部的寄存器配置,數(shù)字模塊和模擬模塊之間的內(nèi)部連線,底層API(Application Program Interface, 應(yīng)用程序接口)函數(shù)都已設(shè)計(jì)好了。當(dāng)用戶需要某個(gè)數(shù)字模擬外圍功能時(shí),只需要簡(jiǎn)單地調(diào)用相應(yīng)的用戶模塊即可實(shí)現(xiàn)。
1、系統(tǒng)原理
交流電與PSOC之間采用光電耦合進(jìn)行隔離,通過(guò)光電耦合將交流電的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)送給PSOC,采用中斷方式以實(shí)現(xiàn)交流電每個(gè)周期的同步,根據(jù)過(guò)零信號(hào)使用PSOC內(nèi)部定時(shí)器確定初始相位,給出控制觸發(fā)脈沖,來(lái)完成輸出交流電相位的控制從而實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)整。移相的角度等相關(guān)信息通過(guò)諾基亞5110液晶進(jìn)行顯示。圖一為主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖1. 主電路結(jié)構(gòu)框圖
2、方案設(shè)計(jì)
2.1方案一
采用交流控制系統(tǒng)的專用集成電路,該類芯片多采用CMOS工藝制造,與外部交流脈沖同步的可控硅移相觸發(fā)電路。提供多種控制方式以滿足用戶不同的應(yīng)用要求,移相角度0~180度。但使用集成芯片會(huì)增加外部器件成本,容易損壞,擴(kuò)展性低。
2.2方案二
程序控制調(diào)相,通過(guò)CPU外圍檢測(cè)電路檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn),經(jīng)CPU處理后給出精確的同步觸發(fā)脈沖,調(diào)整交流電的初始相位。其調(diào)整靈活、精度高、且容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,擴(kuò)展性強(qiáng)。
3.過(guò)零檢測(cè)同步信號(hào)設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)整,本設(shè)計(jì)采用移相控制技術(shù),需要檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)信號(hào)。220V交流電首先通過(guò)電阻分壓,由光電耦合檢測(cè)出過(guò)零脈沖,并送至PSOC的IO端口,通過(guò)該端口上的中斷來(lái)快速響應(yīng)同步信號(hào),再由PSOC給出信號(hào),使220V輸出電壓的每個(gè)導(dǎo)通角的導(dǎo)通時(shí)間是從零電壓開(kāi)始計(jì)算的,導(dǎo)通時(shí)間不一樣,導(dǎo)通角度的大小就不一樣,從而輸出功率就不一樣。導(dǎo)通時(shí)間由PSOC定時(shí)器實(shí)現(xiàn),中斷檢測(cè)定時(shí)時(shí)間到信號(hào)。圖2.為過(guò)零檢測(cè)和可控硅控制電路,圖3.為信號(hào)輸入輸出波形。
圖2. 過(guò)零檢測(cè)和可控硅控制電路
圖3. 信號(hào)輸入輸出波形圖
4. PSOC實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)
本設(shè)計(jì)采用了PSOC的 CapSense模塊,內(nèi)部時(shí)鐘定時(shí)器,中斷,IO口。根據(jù)設(shè)計(jì)的需要較好地利用了PSOC的CapSense模塊,若將本設(shè)計(jì)拓展做成閉環(huán)回路,增加AD采集,則能更好地應(yīng)用了PSOC產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì):MCU、數(shù)字模塊、模擬模塊等集成在一塊。另外,PSOC與液晶顯示的通信采用IO口模擬SPI的方式,如果使用內(nèi)部SPI模塊則能提高系統(tǒng)擴(kuò)展性與靈活性,及內(nèi)部程序設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。
5. 結(jié) 論
本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)移相控制達(dá)到了功率的調(diào)整。該設(shè)計(jì)可廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制中,比如恒流、恒壓、交流調(diào)壓等電路,以及攝影閃光燈充電控制,造型燈亮度,大小功率交流電加熱恒溫控制等電路中,能實(shí)現(xiàn)全數(shù)控精密的調(diào)整效果。本設(shè)計(jì)采用PSOC技術(shù),使用 CapSense作為控制信號(hào)的輸入,通過(guò)PSOC進(jìn)行數(shù)字調(diào)相,實(shí)現(xiàn)輸出功率的靈活調(diào)整。設(shè)計(jì)中應(yīng)用了 CapSense電容感應(yīng)模塊,很好地實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)輸入的調(diào)整,相對(duì)按鍵輸入而已,有便于操作、方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。
評(píng)論