畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機的路燈的節(jié)能控制設(shè)計

1、The Control System of Streetlamp for Energy Saving摘 要城市當(dāng)中規(guī)模龐大的路燈系統(tǒng)對電能的消耗也相當(dāng)可觀，特別是路燈一般需要通宵長明，路燈的節(jié)能效應(yīng)不可低估。除了在器件上選擇節(jié)能產(chǎn)品和保持合理照度外，通過控制來實現(xiàn)節(jié)能也是很有效的。它通過使用電力電子器件，單片機，低壓電器等進行調(diào)壓等自動控制，降低過高的夜間電壓,合理調(diào)壓，按時開關(guān)，使路燈系統(tǒng)到達節(jié)能的目的。其核心就是設(shè)計節(jié)能控制系統(tǒng)的電路，特別是使用電力電子調(diào)壓技術(shù)。PWM技術(shù)就是其中之一，他基于單片機和3525驅(qū)動電路來實現(xiàn)控制。較傳統(tǒng)方法更加有效，污染較小。通過3525的特性的應(yīng)用，設(shè)計控

2、制電路，由輸入基準電壓控制輸出。 關(guān)鍵詞 路燈節(jié)能 調(diào)壓控制 PWM 單片機 3525 AbstractIn modern large cities, the huge streetlamp system costs so much power, and it must be on work all the night to meet the need of safety, so it is valuable to save energy resources. There are three ways-keep certain lightness, adopting low-power-cos

3、t products, and a better control system. The last one will save energy effectively. It works by the drives of the single chip computer, electric electron technology controlling voltage and low voltage electric equipments to save power. The control system will turn down the high night voltage to a us

4、ual level. The useful control can adjust voltage, turn on and turn off lights. By now, it is widely used in modern cities and the technology has been advanced, and PWM is one of the technologies. It is more effectively, and crates less harmonic wave pollution than usual method. According to the appl

5、ication characteristic of KA3525，we have designed a kind of PWM control circuit based on KA3525 with the auxiliary of onechip computer，realized steady voltage and adjustable out putting voltage Keywords power saving of streetlamp steady voltage power PWM single chip computer KA3525目 錄 TOC o 1-3 h z

6、u HYPERLINK l _Toc138220215 前 言 PAGEREF _Toc138220215 h 1 HYPERLINK l _Toc138220216 第1章 我國路燈系統(tǒng)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc138220216 h 10 HYPERLINK l _Toc138220217 1.1 路燈的節(jié)能需求 PAGEREF _Toc138220217 h 10 HYPERLINK l _Toc138220218 1.2 路燈主要的節(jié)能方式 PAGEREF _Toc138220218 h 10 HYPERLINK l _Toc138220219 1.2.1 可控硅斬波型照明節(jié)能裝置

7、 PAGEREF _Toc138220219 h 10 HYPERLINK l _Toc138220210 1.2.2 自耦降壓式調(diào)控裝置 PAGEREF _Toc138220210 h 10 HYPERLINK l _Toc138220211 1.2.3 智能照明節(jié)電器 PAGEREF _Toc138220211 h 11 HYPERLINK l _Toc138220212 第2章 節(jié)能的實現(xiàn)方案 PAGEREF _Toc138220212 h 12 HYPERLINK l _Toc138220213 2.1 路燈的節(jié)能原理 PAGEREF _Toc138220213 h 12 HYPERL

8、INK l _Toc138220214 2.2 主要設(shè)計方案 PAGEREF _Toc138220214 h 12 HYPERLINK l _Toc138220215 2.2.1 人工遙控 PAGEREF _Toc138220215 h 12 HYPERLINK l _Toc138220216 傳感器智能控制 PAGEREF _Toc138220216 h 12 HYPERLINK l _Toc138220217 2.2.3 預(yù)先編程和傳感器結(jié)合控制 PAGEREF _Toc138220217 h 13 HYPERLINK l _Toc138220218 第3章 各局部根本原理 PAGEREF

9、 _Toc138220218 h 15 HYPERLINK l _Toc138220219 3.1 電力電子器件調(diào)壓原理 PAGEREF _Toc138220219 h 15 HYPERLINK l _Toc138220210 3.1.1 PWM技術(shù) PAGEREF _Toc138220210 h 15 HYPERLINK l _Toc138220211 3.2 開斷動作的實現(xiàn) PAGEREF _Toc138220211 h 20 HYPERLINK l _Toc138220212 第4章 電路設(shè)計 PAGEREF _Toc138220212 h 23 HYPERLINK l _Toc1382

10、20213 第5章 電路工作原理 PAGEREF _Toc138220213 h 25 HYPERLINK l _Toc138220214 第6章 參數(shù)計算 PAGEREF _Toc138220214 h 26 HYPERLINK l _Toc138220215 結(jié)束語 PAGEREF _Toc138220215 h 27 HYPERLINK l _Toc138220216 謝 辭 PAGEREF _Toc138220216 h 28 HYPERLINK l _Toc138220217 參考文獻 PAGEREF _Toc138220217 h 29前 言國外對路燈節(jié)能的探索。在電力緊張的背景下

11、，政府出臺了一些文件，要求在后半夜，采取“亮一隔一或“亮一隔二的措施，關(guān)閉局部光源。這只能作為緩解電力緊張局面的權(quán)宜之計。因為，“亮一隔一或“亮一隔二不僅減小照度，同時區(qū)別于不同的燈桿布置方式，照度均勻度將不同程度、甚至是嚴重的下降，對交通、行人平安、對維護社會治安產(chǎn)生不利影響。七十年代的世界性能源危機中，日本大藏省曾要求在工廠、辦公室和道路上進行間隔點燈的試驗，結(jié)果導(dǎo)致生產(chǎn)率和辦公效率降低以及治安、道路交通事故的大幅上升，不到一年時間就在一片反對聲中全部放棄了。顯然，這種消極的節(jié)電是不可取的。另外，這種方式由于需要在同一路徑上敷設(shè)兩根路燈供電電纜，也增加了建設(shè)投資。“在保證照明效果下點著燈節(jié)

12、電，這樣的概念才是科學(xué)的，合理的，這是興旺國家道路照明系統(tǒng)的設(shè)計思想之一。我國路燈照明現(xiàn)狀。據(jù)調(diào)查，我國小型城市在夜晚9點后，大中城市在午夜12點后，道路上幾乎空無一人，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點以后，道路上也已罕見行人、車輛。從這一時段直至清晨6點路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍然保持較高照度顯然沒有必要。城市公共照明在我國照明耗電中占30的比例，約439億kWh，以平均電價0.65元kWh計算，一年開支285億元。在市政開支極度緊張的今天，國內(nèi)絕大局部的城市和地區(qū)幾乎不約而同地采用了日本等國家在七十年代就拋棄了的路燈隔盞關(guān)燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻不僅導(dǎo)致了路面照

13、度分布不均，給治安及交通平安埋下了隱患，而且不能防止后半夜電網(wǎng)電壓的升高對路燈壽命的減損，因此不能稱做是真正意義上的節(jié)能。當(dāng)興旺國家在討論什么是“恰到好處的照度水平的今天，我們這種控制方法就太落后了。九十年代以來，夜景照明建設(shè)成為都市市政設(shè)施建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，各地也取得了相應(yīng)的成績，但是市政開支普遍緊張與增設(shè)夜景照明形成了很大的矛盾以沿海某開放城市為例，大批路燈在安裝后迫于財政緊張的壓力，支付不起沉重的照明電費開支，又不得不關(guān)掉近一半的燈，結(jié)果近年新裝的局部路燈形同擺設(shè)，造成變相浪費。要實現(xiàn)路燈的節(jié)能，一方面是使用節(jié)能器件，特別是燈具和鎮(zhèn)流器的節(jié)能化；另一方面是實現(xiàn)控制節(jié)能，采用節(jié)能控制技術(shù)

14、，比方智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)，電磁按時段換檔控制方案，電磁固定降壓控制方案。智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)。智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)是國際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)。它充分考慮了城市道路照明的實際狀況，依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺理論，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，實現(xiàn)了對路燈電壓及照度的動態(tài)智能化管理。此項技術(shù)的根本思路就是：在繁忙的時段，控制路燈保持較強的照度，接近午夜時分，開始自動調(diào)光，在后半夜車稀人少時，那么控制路燈保持較低照度的照明(類似房燈的調(diào)光器，可以隨需要而任意調(diào)光)。它的主要優(yōu)點就是在調(diào)光的同時也大幅降低了電耗，節(jié)約有功電耗達30以上。房燈調(diào)光已流行多年，主要是因為室內(nèi)燈功率

15、小，容易實現(xiàn)。而道路照明那么完全不同：首先，燈泡功率大，不易控制；其次，使用環(huán)境惡劣，九十年代，電力電子元件技術(shù)有了突飛猛進的開展，調(diào)光技術(shù)有了可靠的質(zhì)量保障，通過一些地區(qū)的規(guī)模應(yīng)用，其完美的調(diào)光效果和節(jié)電功能得到了一致認同，在德國，美國這些耗電大國，此類技術(shù)也得到了政府的大力扶持和推廣。智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)的控制過程是：通過測取城市道路車輛及行人的“時間車輛(人)統(tǒng)計規(guī)律，獲取相應(yīng)的照度調(diào)整率，依此來設(shè)計計算機的控制程序，根據(jù)照度調(diào)整率，從某一時刻開始，平滑地對路燈輸入電壓進行動態(tài)調(diào)整，使路燈輸入電功率與實際照度要求到達最正確匹配，不僅節(jié)約了電能，而且穩(wěn)定了電壓，延長了路燈的使用壽命，到

16、達了雙重意義上的節(jié)能。開燈比關(guān)燈更省錢前面提到的關(guān)燈節(jié)能方法是以犧牲城市照明和誘發(fā)犯罪率以及交通事故上升為代價的，而智能光源降壓穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)所到達的節(jié)電率高于30，由此而言，采用智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)，開燈比關(guān)燈更省錢。算一筆看不見的帳。我國現(xiàn)有的路燈70以上使用的都是高壓鈉燈，其設(shè)計壽命為24000小時(5年)。但是由于我國城市電網(wǎng)技術(shù)落后，造成線路的電壓波動大大超過國際標準，許多地區(qū)的波動甚至超過額定電壓的左右15，特別是在后半夜，由于電負荷減少使得電網(wǎng)電壓有時接近245V，致使路燈燈泡的實際使用壽命平均不到一年?，F(xiàn)在，可以算這樣一筆帳：以沿海開放城市為例，路燈每年需要更換一次燈泡，更

17、換一只燈泡所需費用(含鎮(zhèn)流器損耗、人工、車輛等)為120元，該市共有兩萬多只常開的路燈，那么每年僅更換路燈燈泡的費用就高達兩百多萬元人民幣，如果采用了智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)，路燈燈泡的使用壽命可延長一倍，僅此一項，一年就可節(jié)約開支兩百多萬元，加上節(jié)電30，一年可節(jié)約七百多萬元電費，兩項相加就有近千萬元之巨。如果450萬元作為先期投入，半年內(nèi)所節(jié)約的費用即可回收，逐年節(jié)約的資金可以重新投入市政建設(shè)。據(jù)1999年全國道路照明專業(yè)委員會第九屆年會上得到的不完全統(tǒng)計數(shù)字，目前國內(nèi)所有城市道路照明的總燈數(shù)約300萬只(套)，工礦企業(yè)、車站、機場、碼頭、高速公路照明等非市政照明燈具約100萬只(套)，總

18、數(shù)400多萬只，并且每年遞增10以上。如果及時采用此項技術(shù)，僅從節(jié)約電費、降低燈泡損耗和人工開支三項來計算，五年時間可為國家節(jié)約近100億元人民幣，可以少建三座裝機120萬kW的火電站，同時節(jié)約了大批的原煤。對于全國的總耗電量而言，道路照明只占一個小小的百分數(shù)，也正因如此，它才有可能成為推動節(jié)能運動的一個突破口。從道路照明著手，花兩三年時間摸索出一套符合中國國情的商業(yè)化運作模式，然后在全國各行各業(yè)全面推廣。當(dāng)然，這需要政府下大決心、花大力氣去進行推動。電磁按時段換檔控制方案。目前，市場上大局部照明節(jié)能產(chǎn)品，都采用傳統(tǒng)電磁換檔技術(shù)，現(xiàn)在的產(chǎn)品均是接觸器換檔方式。但是燈具電壓隨電網(wǎng)電壓波動而波動，

19、沒有穩(wěn)壓功能；由于耗用大量銅材和矽鋼，被盜和破壞嚴重。電磁固定降壓控制方案。具有價格廉價，壽命長的優(yōu)點，只要能接受開機就降壓。但是由于固定降壓，不需要高亮度照明的后半夜，由于電網(wǎng)電壓升高，燈具反而更亮。器件的節(jié)能:在高壓鈉燈的工作電路中除了燈泡外，還必須按內(nèi)觸發(fā)高壓鈉燈或外觸發(fā)高壓鈉燈分別選用相應(yīng)的工作電路，如燈泡+鎮(zhèn)流器或者燈炮+鎮(zhèn)流器+觸發(fā)器的工作電路，方可到達高壓鈉燈正常工作的要求外觸發(fā)高壓鈉燈的燃點電路.電容補償。路燈采用的光源，根本是氣體放電燈，其功率因數(shù)相當(dāng)?shù)?，一般在以下，從而使回路電流大，在線路上產(chǎn)生的損耗相當(dāng)可觀。?城市道路照明設(shè)計標準?中，要求氣體放電燈應(yīng)加電容補償，補償后功

20、率因數(shù)應(yīng)不小于0.8。采用單燈分散補償，減少了路燈電源至路燈燈具這一段線路上產(chǎn)生的損耗，將起到較好的節(jié)電效果，補償后單燈功率因數(shù)將不小于。鎮(zhèn)流器。電阻性鎮(zhèn)流器體積小，價格廉價，與高壓鈉燈配套使用會發(fā)生啟動困難，工作時電阻產(chǎn)生很高的熱量，需有較大的散熱空間、消耗功率很大，將會使電路總照明效率下降。它一般在直流電路中使用，百交流電路中使用燈光有明顯所閃爍現(xiàn)象。 電容性鎮(zhèn)流器雖然不象電阻性鎮(zhèn)流器自身消耗功率很大，溫升低，在電源頻率較低時，電容器充電時，會產(chǎn)生脈沖峰值電流，對電極造成極大損害，燈光閃爍，影響燈泡使用壽命；在高頻電路中工作，電壓波動能到達理想狀態(tài)，成為理想的鎮(zhèn)流器。電感性鎮(zhèn)流器損耗小，阻

21、抗穩(wěn)定，阻抗因素性偏差小，使用壽命長，燈泡的穩(wěn)定度比電阻性鎮(zhèn)流器好，目前與高壓鈉燈配套使用的鎮(zhèn)流器均為電感性鎮(zhèn)流器。其缺點較笨重及價格偏高。另外，電子鎮(zhèn)流器已經(jīng)開始出現(xiàn)，目前其價格昂貴，可靠性還不能與高壓鈉燈相匹配，除特殊場合使用外，一般情況下很少被采用。所以，高壓鈉燈必須串聯(lián)與燈泡規(guī)格相應(yīng)的鎮(zhèn)流器前方可使用。高壓鈉燈的點燈電路是一個非線性電路，功率因數(shù)較低，因此在網(wǎng)路上考慮接補償電容，以提高網(wǎng)路的功率因數(shù)。比方環(huán)行采用氣體放電燈的路燈照明系統(tǒng)中，除光源自身的功耗外，與氣體放電燈配套的電感鎮(zhèn)流器也要消耗一局部電能。電感鎮(zhèn)流器的工作效率上下、節(jié)能與否，對路燈照明系統(tǒng)的電力消耗有一定的影響。相對于

22、傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器而言，環(huán)形電感鎮(zhèn)流器，由于其采用圓環(huán)形鐵芯和線圈，使環(huán)形鐵芯卷片的幾何形狀與磁力線回路和曲線更加適應(yīng)，磁路分布更趨合理，進一步改善了磁通，降低了鐵損，減少了總的電力消耗?？蓮V泛適用于高壓鈉燈、汞燈和金屬鹵化物燈。需要注意的是，這種方式僅僅是減少了鎮(zhèn)流器的損耗，對路燈系統(tǒng)電耗中占主要比例的光源的電耗并沒有減少。還有可變功率鎮(zhèn)流器?？勺児β舒?zhèn)流器，利用氣體放電燈在工作電流適當(dāng)減少時，仍能正常運行的原理，通過后半夜增加鎮(zhèn)流器電抗，從而降低光源電流，減少路燈系統(tǒng)電耗中占主要比例的光源的電耗，到達路燈系統(tǒng)整體節(jié)能的目的。采用新型節(jié)能光源。高壓鈉燈使用時發(fā)出金白色光，它具有發(fā)光效率高、耗電

23、少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于道路、高速公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色高壓鈉燈主要應(yīng)用于體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明。工作原理:當(dāng)燈泡啟動后，電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的鈉汞齊受熱蒸發(fā)成為汞蒸汽和鈉蒸汽，陰極發(fā)射的電在向陽極運動過程中，撞擊放電物質(zhì)有原子，使其獲得能量產(chǎn)生電離激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再回到基戊無限循環(huán)，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產(chǎn)生了光。高壓鈉燈中放電物質(zhì)蒸汽壓很高，也即鈉原子密度高，電子與鈉原子之間碰撞次數(shù)頻繁，使共振

24、輻射譜線加寬，出現(xiàn)其它可見光譜的輻射，因此高壓鈉燈的光色優(yōu)于低壓鈉燈。 高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈泡。由于氣體放電燈泡的負阻特性，如果把燈泡單獨接到電網(wǎng)中去，其工作狀態(tài)是不穩(wěn)定的，隨著放電過程繼續(xù)，它必將導(dǎo)致電路中電流無限上升，最后直至燈光或電路中的零、部件被過流燒毀。目前大局部路燈使用的光源為高壓鈉燈，光效是白熾燈的7倍、高壓汞燈的2至倍。用高壓鈉燈取代熒光高壓汞燈，照度相同，但節(jié)電；而用金屬鹵化燈取代熒光高壓汞燈，照度降低，但節(jié)電。設(shè)計目的：主要側(cè)重于通過控制來實現(xiàn)節(jié)能。研究的對象設(shè)定為一路路燈，電壓220V，總電流60A，城市情況，包括電壓浮動，日照時間參照XX市的情況。燈具選擇高壓

25、鈉燈，電壓220V,電流3A,功率250W，20盞；高壓鈉燈電感鎮(zhèn)流器，電壓220V,電流3A,250W,短路電流，功率因數(shù)，阻抗60。具體實現(xiàn)目標：燈在城市中起照明作用，在維護交通平安和社會治安方面作用很大。因此，要求路燈要在天黑以后徹夜長明。由于夜晚不同時間對照明的要求不同，如在10點前由于行人較多要求正常照明，而在午夜以后人流較小照度要求也要降低，同時電力系統(tǒng)的電壓又是變化的，前半夜較低后半夜較高，電能浪費比擬嚴重，同時還會縮短路燈的使用壽命，因此要求實現(xiàn)路燈的電壓調(diào)控。由于全年的每日日照時間也是在變化的，同時還要考慮到天氣變化等其他因素的影響，開、關(guān)燈時間也要實現(xiàn)控制。因此實現(xiàn)對路燈電

26、壓和開關(guān)時間的控制，天黑亮燈，天亮熄燈，晚十點以前正常電壓供電，十點以后根據(jù)電力系統(tǒng)電壓等級降壓供電，在保障正常照明要求的前提下實現(xiàn)路燈的節(jié)能。首先是按時開關(guān)路燈。以往的路燈開關(guān)是使用工人值班手動開關(guān)，盡管靈活但是需要職守而且可靠性不高，但是在自動控制系統(tǒng)中作為應(yīng)急手段仍然是不可缺少的，因此選擇自動開關(guān)系統(tǒng)，但是要預(yù)留人工接口以應(yīng)對突發(fā)事件，如惡劣天氣，像陰雨，大霧，沙塵等，還有日食的發(fā)生，以及故障排除，檢修等。使用自動開斷裝置，如繼電器，交流接觸器等等。其次是電壓的調(diào)節(jié)，主要是降壓調(diào)節(jié)?？梢杂泻芏囗椷x擇擇，如變壓器一般使用自耦變壓器，電力電子器件調(diào)壓。還有就是控制局部，包括對以上兩局部的控制

27、，可以用到單片機，PC，DSP等等。最后就是整體的整合，參數(shù)協(xié)調(diào)。由于目前在元器件的設(shè)計上技術(shù)已經(jīng)比擬成熟，通過使用控制來節(jié)能相對富有活力。特別是目前電力電子技術(shù)，自動控制理論，計算機技術(shù)的成熟，使得智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)有了很好的開展，已經(jīng)有了很多成功的例子。將三者結(jié)合來實現(xiàn)路燈系統(tǒng)控制的靈活性，可靠性和節(jié)能性，以及提高效率，減少路燈的損耗和人工本錢。關(guān)于調(diào)壓局部，有電力電子技術(shù)和變壓器技術(shù)。電力電子產(chǎn)品的晶閘見圖1，IGBT等都可以實現(xiàn)調(diào)壓。特別是PWM調(diào)壓技術(shù)，分為電壓型和電流型，其中主要應(yīng)用的是電壓型PWM整流電路見圖2?？紤]到負載是高壓鈉燈及其鎮(zhèn)流器，是阻感負載。VTVTU圖1 晶

28、閘管調(diào)壓電路 利用晶閘管的移相觸發(fā)，對電網(wǎng)電壓進行斬波調(diào)壓，從而對感性照明負載電感鎮(zhèn)流器燈具。而PWM就是脈沖寬度調(diào)制，就是脈沖多數(shù)為方波的幅度與頻率不變，只是脈沖的寬度發(fā)生變化，一般用于開關(guān)電源。圖2 使用IGBT的PWM半橋整流調(diào)壓電路負載變壓器的調(diào)壓可以使用自耦變壓器如圖3來實現(xiàn)。對于變比的控制，可以用步進電機來實現(xiàn)。自耦變壓器是只有一個繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時，從繞組中抽出一局部線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時，外施電壓只加在繞組的局部線匝上。通常把同時屬于一次和二次的那局部繞組稱為公共繞組，其余局部稱為串聯(lián)繞組，同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且

29、效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高這個優(yōu)點就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的開展、電壓等級的提高和輸送容量的增大，自耦變壓器由于其容量大、損耗小、造價低而得到廣泛應(yīng)用。 和普通雙繞組變壓器相比，自耦變壓器有以下主要特點： (1)由于自耦變壓器的計算容量小于額定容量所以在同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，有效材料(硅鋼片和導(dǎo)線)和結(jié)構(gòu)材料(鋼材)都相應(yīng)減少，從而降低了本錢。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應(yīng)減少，故自耦變壓器的效率較高。同時由于主要尺寸的縮小和質(zhì)量的減小，可以在容許的運輸條件下制造單臺容量更大的變壓器。但通常在自耦變壓器中只有k2時，上述優(yōu)點才明顯。 (2)由于自耦變壓器

30、的短路阻抗標幺值比雙繞組變壓器小，故電壓變化率較小，但短路電流較大。 (3)由于自耦變壓器一、二次之間有電的直接聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)過電壓時會引起低壓側(cè)嚴重過電壓。為了防止這種危險，一、二次都必須裝設(shè)避雷器，一、二次繞組不是串聯(lián)的，一次已裝、二次就可省略。 (4)在一般變壓器中。有載調(diào)壓裝置往往連接在接地的中性點上，這樣調(diào)壓裝置的電壓等級可以比在線端調(diào)壓時低。而自耦變壓器中性點調(diào)壓側(cè)會帶來所謂的相關(guān)調(diào)壓問題。因此，要求自耦變壓器有載調(diào)壓時，只能采用線端調(diào)壓方式。圖3 自耦變壓器UINUOUT設(shè)計工作將通過對各種方案的比照來選擇適宜的調(diào)壓方案。單片機，DSP，PC都可以用來進行控制。單片機即單片微型計

31、算機的簡稱，它是將CPU、ROM、RAM、TIMER/COUNTER以及輸入/輸出接口I/O等集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上而制成的，有些單片機還集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、脈寬調(diào)制模塊，技術(shù)已經(jīng)比擬成熟，特別是MC51系列，體積小，功耗低，價格廉。單片機的應(yīng)用在后PC時代得到了前所未有的開展，但對處理器的綜合性能要求也越來越高。綜觀單片機的開展，以應(yīng)用需求為目標，市場越來越細化，充分突出以“單片解決問題，而不像多年前以MCS51/96等處理器為中心，外擴各種接口構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一局部，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式高端應(yīng)用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能處理

32、器構(gòu)成，在這些應(yīng)用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要表達在以下幾個方面：1以電池供電的應(yīng)用越來越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、玩具等。2隨著應(yīng)用的復(fù)雜，對處理器的功能和性能要求不斷提高。既要外設(shè)豐富、功能靈活，又要有一定的運算能力，能做一些實時算法，而不僅僅做一些簡單的控制。3產(chǎn)品更新速度快，開發(fā)時間短，希望開發(fā)工具簡單、廉價、功能完善。特別是仿真工具要有延續(xù)性，能適應(yīng)多種MCU，以免重復(fù)投資，增加開發(fā)費用。4產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可靠性高，既能加密保護，又能方便升級。單片機技術(shù)的開展特點。自單片機出現(xiàn)至今，單片機技術(shù)已走過了近20年的開展

33、路程?？v觀20年來單片機發(fā) 展歷程可以看出，單片機技術(shù)的開展以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā) 展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的開展趨勢。單片機長壽命 這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速開展，CPU更新?lián)Q代的速度越來越快，以386、486、586為代表的MPU，很短的時間內(nèi)就被淘汰出局，而傳統(tǒng)的單片機如68HC05、8051等年齡已有15歲，產(chǎn)量仍是上升的。這一方面是由于其對相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性，另一方面是由于以該類CPU為核心，集成以更多I/O功能模塊的

34、新單片機系列層出不窮?？梢灶A(yù)見，一些成功上市的相對年輕的CPU核心，也會隨著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長的生存周期。新的MPU類型的加盟,使單片機隊伍不斷壯大,給用戶帶來了更多的選擇余地。8位、16位、32位單片機共同開展 這是當(dāng)前單片機技術(shù)開展的另一動向。長期以來，單片機技術(shù)的開展是以8位機為主的。隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品 進入家庭，32位單片機應(yīng)用得到了長足開展。以Motorola 68K為CPU的32位單片機97年的銷售量達8千萬枚。過去認為由于8位單片機功能越來越強，32位機越來越廉價，使16位單片機生存空間有限，而16位單片機的開展無論從品種和產(chǎn)量方面，

35、近年來都有較大幅 度的增長。單片機速度越來越快 MPU開展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標志的。而單片機那么有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術(shù)開展之追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片的內(nèi)部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多，Motorola單片機那么使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時鐘產(chǎn)生器的頻率。68HC08單片機使用外部振蕩器而內(nèi)部時鐘達32M，而M68K系列32位單片機使用32K的外部振蕩器頻率內(nèi)部時鐘可達16MHz以上。低電壓與低功耗 自80年代中期以來，NMOS工藝單片機逐

36、漸被CMOS工藝代替，功耗得以大幅度下降，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)由3m工藝開展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35m。50M/48MIPS全速工作，功率約為20mW。幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機都能在3到6V范圍內(nèi)工作，對電池供電的單片機不再需要對電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片機已經(jīng)問世。低噪聲與高可靠性技術(shù) 為提高單片機系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片機商家在單片機內(nèi)部電路中采取了一些新的技

37、術(shù)措施。如美國國家半導(dǎo)體NS的COP8單片機內(nèi)部增加了抗EMI電路，增強了“看門狗的性能。Motorola也推出了低噪聲的LN系列單片機。OTP與掩膜 OTP是一次性寫入的單片機。過去認為一個單片機產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜型單片機為標志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期，而OTP型單片機價格不斷下降，使得近年來直接使用OTP完成最終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險小的特點。近年來，OTP型單片機需量大幅度上揚，為適應(yīng)這種需求許多單片機都采用了在片編程技術(shù)(In System Programming)。未編程的OTP芯片可采用裸片Bonding技術(shù)或外表貼技術(shù)，先焊在印刷板上，然后通過

38、單片機上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時鐘線等對單片機編程。解決了批量寫OTP 芯片時容易出現(xiàn)的芯片與寫入器接觸不好的問題。使OTP的裸片得以廣泛使用，降低了產(chǎn)品的本錢。編程線與I/O線共用，不增加單片機的額外引腳。而一些生產(chǎn)廠商推出的單片機不再有掩膜型，全部為有ISP功能的OTP。MTP向OTP挑戰(zhàn) MTP是可屢次編程的意思。一些單片機廠商以MTP的性能、OTP的價位推出他們的單片機，如ATMEL AVR單片機，片內(nèi)采用FLASH，可屢次編程。華邦公司生產(chǎn)的與8051兼容的單片機也采用了MTP性能，OTP的價位。這些單片機都使用了ISP技術(shù)，等安裝到印刷線路板上以后再下載程序。8051類單片機 最

39、早由Intel公司推出的8051/31類單片機也是世界上用量最大的幾種單片機之一。由于Intel公司在嵌入式應(yīng)用方面將重點放在186、386、奔騰等與PC類兼容的高檔芯片的開發(fā)上，8051類單片機主要由Philips、三星、華邦等公司接產(chǎn)。這些公司都在保持與8051單片機兼容的根底上改善了8051許多特性(如時序特性)。提高了速度、降低了時鐘頻率，放寬了電源電壓的動態(tài)范圍，降低了產(chǎn)品價格。而使用微機進行控制，可操作性更強，但是本錢也會上升。DSPdigital signal processor是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信

40、號，再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，源源超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。 DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器具，其主機應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：1在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；2程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；3片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的

41、數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；4具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；5快速的中斷處理和硬件I/O支持；6具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；7可以并行執(zhí)行多個操作；8支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。在過去的幾十年里，單片機的廣泛應(yīng)用實現(xiàn)了簡單的智能控制功能。隨著信息化的進程和計算機科學(xué)與技術(shù)、信號處理理論與方法等的迅速開展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，對實時性和精度的要求越來越高，低檔單片機已不再能滿足要求。近年來，各種集成化的單片DSP的性能得到很大改善，軟件和開發(fā)工具也越來越多，越來越好；價格卻大幅度下滑，從而使得DSP器件及技術(shù)更容易使用，價格也能夠為廣闊用戶接受

42、；越來越多的單片機用戶開始選用DSP器件來提高產(chǎn)品性能，DSP器件取代高檔單片機的時機已經(jīng)成熟。DSP器件與單片機的比擬1.單片機的特點。所謂單片機就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上根本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起來說，單片機具有如下特點：具有位處理能力，強調(diào)控制和事務(wù)處理功能。價格低廉。如低檔單片機價格只有人民幣幾元錢。開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用資料眾多。后備人才充足。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了單片機課程和單片機實

43、驗。2.DSP器件的特點。與單片機相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標準異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改良的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運算能力。DSP器件比16位單片機單指令執(zhí)行時間快810倍，完成一次乘加運算快1630倍。DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進

44、的開發(fā)手段，批量生產(chǎn)測試更方便，開發(fā)工具可實現(xiàn)全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、C源碼調(diào)試器。因此，可以得出結(jié)論，DSP器件是一種具有高速運算能力的單片機，從應(yīng)用角度看：DSP器件是運算密集型的，而單片機是事務(wù)密集型的。從節(jié)能調(diào)壓系統(tǒng)的實際要求來看，選擇單片機更合理一些。設(shè)計的最終結(jié)果是優(yōu)化整合各種方案，實現(xiàn)設(shè)計要求。通過對各個功能模塊和具體器件的選擇來實現(xiàn)。第1章 我國路燈系統(tǒng)現(xiàn)狀1.1 路燈的節(jié)能需求隨著我國城市化建設(shè)的不斷深入，經(jīng)濟高速持續(xù)的開展，人們的生活水平也不斷提高。在繁華的都市，城市道路、夜景照明已成為城市文明的標志和城市文化的代表。在推進城市亮化工

45、程的進程中，照明光源及調(diào)控設(shè)備得到了空前的開展，當(dāng)然，城市照明的電能消耗和燈具損耗也越來越大，由于電力緊缺和電費的上漲，照明節(jié)能降耗將越來越受到廣泛重視。路燈的節(jié)能控制相當(dāng)重要，來實現(xiàn)按時開關(guān)燈，午夜后降壓供電等要求。1.2 路燈主要的節(jié)能方式目前國內(nèi)照明節(jié)能主要的途徑有三種：合理照度；采用高效的節(jié)能型光源，也就是使用發(fā)光效率高的燈泡或燈管；在現(xiàn)有照明系統(tǒng)上加裝節(jié)能控制設(shè)備。從實際應(yīng)用的角度來看，第二種方案適用于新設(shè)計的照明回路。對于已有的照明系統(tǒng)，因需更換所有燈具，初期投入資金和人力比擬大，在不能分批分次更新燈具的照明場所，這樣做一次性投入太大。對現(xiàn)有照明系統(tǒng)的節(jié)能改造，一般采用加裝節(jié)能設(shè)備

46、，較為經(jīng)濟和實用，目前國內(nèi)銷售的照明節(jié)能設(shè)備很多，其中照明控制調(diào)控裝置所占比例最大。從工作原理上大致分為三大類。 1. 可控硅斬波型照明節(jié)能裝置 原理：采用可控硅斬波原理，通過控制晶閘管可控硅的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一局部，從而降低了輸出電壓的平均值，到達控壓節(jié)電的目的。這類節(jié)能調(diào)控設(shè)備對照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，精度高，可分時段實時調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，因為主要是電子原件，相對來說體積小、設(shè)備輕、本錢低。 但該調(diào)壓方式存在一致命缺陷，由于是相控調(diào)壓，使電壓無法實現(xiàn)正弦波輸出，還會出現(xiàn)大量諧波，形成對電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染。 1.2.2 自耦降壓式調(diào)控裝置 現(xiàn)在市場上最多照明節(jié)電產(chǎn)品就是此類

47、產(chǎn)品。它的原理是，通過一個自耦變壓器機芯，根據(jù)輸入電壓上下情況，接連不同的變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低5， 10，15，20V等幾個檔，從而到達降壓節(jié)電的目的。 這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點是克服了晶閘管相控型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實現(xiàn)了電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都很簡單，當(dāng)然可靠性也比擬高。但是不能用來控制照明調(diào)控裝置進行頻繁切換，一般做不到實時穩(wěn)定電壓、多時段調(diào)控等功能。 1.2.3 智能照明節(jié)電器.智能照明節(jié)電器，即智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)。智能照明調(diào)控裝置工作原理，采用微電腦控制系統(tǒng)，實時采集輸出、輸入電壓信號與最正確照明電壓比擬，通過計算進行自動調(diào)節(jié)，從而保證輸出最正確的照明系統(tǒng)工作電壓。第2章

48、 節(jié)能的實現(xiàn)方案2.1 路燈的節(jié)能原理節(jié)能的核心就是在保持合理照度的前提下在電壓過高時降壓供電，一般在后半夜由于路上行人車輛較少同時燈具如高壓鈉燈燈可以在低電壓下運行，可以把過高的電網(wǎng)電壓降到190V進行供電,極大地節(jié)約了電能。2.2 主要設(shè)計方案設(shè)計應(yīng)該結(jié)合各種方案的優(yōu)缺點，從目前的實際情況出發(fā)，進行設(shè)計。由于目前節(jié)能器件比擬成熟，設(shè)計主要側(cè)重于控制局部的設(shè)計。工作局部又有很多方案，比方使用變阻器，步進電機拖動自耦變壓器，電力電子器件等，在研究方向上選擇使用電力電子器件，如晶閘管，IGBT等?？刂凭植靠梢允褂檬謩踊蜃詣?，如單片機的應(yīng)用。但還要兼顧應(yīng)急性，需要同時使用人工控制。方案了3個方案，

49、分別是A人工遙控，B傳感器智能控制和C預(yù)先編程和傳感器結(jié)合控制。 人工遙控第一種技術(shù)較為落后，第二種方案過于復(fù)雜可靠性低，最終選擇的第3種方案，同時還要結(jié)合第一種設(shè)置人工干預(yù)接口?？驁D如下：A方案如圖4：圖4 方案A框圖控制裝置照明系統(tǒng)遙控裝置人工通過有線或無線方式遙控路燈系統(tǒng)的運行，靈活性高，但是增加了人力本錢。而且人工控制的準確性，可靠性不高。傳感器智能控制圖5 方案B框圖光敏傳感器電壓傳感器單片機直流電源驅(qū)動電路D/A轉(zhuǎn)換人工控制路燈系統(tǒng)調(diào)壓系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換B方案如圖5：通過傳感器來判別時間亮度和電壓，綜合控制。自動性能好，但過于復(fù)雜，遇到特殊情況需要人工參與完成?，F(xiàn)在城市中常見的路燈控制

50、系統(tǒng)一般對光照變化對應(yīng)的開關(guān)燈控制環(huán)節(jié)仍然使用人工控制，很大程度上是為了實現(xiàn)靈活的開關(guān)燈時間控制。 預(yù)先編程和傳感器結(jié)合控制C方案如圖6圖6 方案C框圖電壓傳感器單片機直流電源驅(qū)動電路D/A轉(zhuǎn)換人工控制路燈系統(tǒng)調(diào)壓系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換這是主要選擇的方案。由于全年的日照時間的變化規(guī)律是一定的，因此將全年的光照時間變化規(guī)律以XX市所在緯度記錄到單片機中。單片機內(nèi)有定時器，可以通過定時器中斷來控制開關(guān)和調(diào)壓開始時間。按此運行，就可以實現(xiàn)接近B方案的效果。同時考慮到天氣等意外情況，通過人工接口來改變開關(guān)燈的時間。同時使用電壓傳感器，比方變壓器等簡單裝置就可以實現(xiàn)對電壓的跟蹤，產(chǎn)生反應(yīng)，使單片機輸出電壓控制信

51、號，在一定時間內(nèi)對電壓進行調(diào)整。單片機的輸出數(shù)字信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和放大，驅(qū)動控制器?？刂破饕灿泻芏囗椷x擇擇，比方使用電力電子器件。諸如晶閘管或IGBT，通過改變相位角來實現(xiàn)電壓的調(diào)整?；蛘呤褂貌竭M電機，通過對自耦變壓器的調(diào)整來調(diào)整電壓。同時還要驅(qū)動電源開關(guān)，在這里使用交流接觸器，實現(xiàn)開關(guān)。還有人工接口，可以使用方案A的方法，或者直接用閘刀開關(guān)來操作。最后是一些前面提到的節(jié)能措施，在于前面的控制環(huán)節(jié)沒有沖突的情況下可以盡量選擇。第3章 各局部根本原理這樣主體框架就是利用單片機與電力電子器件來實現(xiàn)控制。3.1 電力電子器件調(diào)壓原理3.1.1 PWM技術(shù)電力電子器件也有很多項選擇擇，主要有相控節(jié)能

52、，利用晶閘管的移相觸發(fā)，或者PWM整流技術(shù)調(diào)壓。由二極管或晶閘管組成的整流電路，雖然控制簡單，本錢較低，技術(shù)成熟，但輸出電流諧波含量很大，總的功率因數(shù)很低，已成為電網(wǎng)的主要諧波源。將整流電路中的二極管或晶閘管換成IGBT，MOSFET等自關(guān)斷器件，并將SPWM技術(shù)應(yīng)用于整流電路，這就形成了PWM整流電路。通過對PWM電路的適當(dāng)控制，不僅可以使輸入電流非常接近正弦波，而且還可以使輸入電流和電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。從80年代提出后，PWM整流電路得到了飛速開展，并迅速成為電力電子技術(shù)的一個研究熱點，其根本原理就是等面積定那么。在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相同而形狀不同的窄脈沖加在具

53、有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果根本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里說的效果根本相同，是指環(huán)節(jié)響應(yīng)輸出波形根本相同。如果把輸出的各波形用傅立葉變換分析，那么其低頻段非常相近，僅在高頻段略有差距。于是可以用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波。圖7 用PWM波代替正弦波 u O t u O t 如圖7所示，將正弦波上半波分成寬度相同，但是幅值不等，按照正弦變化分布，那么由等面積定那么，PWM波形和正弦上半波效果相同。要改變等效輸出的正弦波的幅值時，只要按照一定比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可?？刂品椒ǚ譃檎{(diào)制法和計算法，一般用到調(diào)制法。使用三角波，可以從正弦波中獲得SPWM波。同逆變電路相同，PWM

54、整流電路也可分為電流型和電壓型兩大類，兩者的許多特點也分別和相應(yīng)的逆變電路相似。目前，電壓型應(yīng)用較多，設(shè)計選擇單相電壓型PWM整流電路。圖8給出了單相全橋PWM整流電路。 負載 is RS LS T1 D1 T3 D3 AB Ud T2 D2 T4 D4 圖8 單相全橋PWM整流電路交流電感LS包含外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必需的。電阻R，包含外接電抗器的電阻和交流電源內(nèi)阻，同SPWM逆變電路控制輸出電壓類似，可在PWM整流電路的交流輸入端AB間產(chǎn)生一個正弦調(diào)制PWM波UAB。UAB中除了含有與電源同頻率的基波分量外，不含低次諧波成分，還含有與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波。

55、由于電感LS的濾波作用，這些高次諧波電壓只會使交流電流is產(chǎn)生很小的脈動。如果忽略這種脈動，is為頻率與電源頻率相同的正弦波。PWM整流電路的單相等效電路如圖8所始示.圖9 單相PWM整流電路等效電路圖 Ls Rs Is US UAB其中US為交流電源電壓。當(dāng)US一定時，is的幅值和相位由UAB中基波分量及其與US的相位差決定。改變UAB中基波分量的幅值與相位，就可以使is與US同相位。圖9a給出了單相PWM整流電路的向量圖，其中UN表示電網(wǎng)電壓，UAB表示PWM整流電路輸出的交流電壓，UL為連接電抗器LS的電壓，UR為電網(wǎng)內(nèi)阻RS的電壓；在圖？中，UAB滯后UN的相角為，IN與UN的相位完全

56、相同，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。在9b中，UAB超前的相角為，IN與UN的反相，電路工作在逆變狀態(tài)。這就是PWM整流電路的根本工作原理。(a)整流運行 (b)逆變運行圖10 PWM整流電路兩種運行方式的向量圖于是設(shè)計PWM整流調(diào)壓電路如圖10所示，使用IGBT和二極管。UOUI220V圖11 使用IGBT的PWM整流調(diào)壓電路圖10電路利用SPWM的等面積定那么，使正負半周交替導(dǎo)通，通過對導(dǎo)通角的大小調(diào)整來實現(xiàn)電壓調(diào)整。由于要調(diào)節(jié)一路路燈，總電壓為220V，總電流60A，最大電壓按照最嚴重的浮動情況，上浮15%，即253V，69A?？紤]到要有一定的平安裕量，應(yīng)選擇兩倍左右的容量的器件，

57、即500V，140A。那么最大導(dǎo)通角應(yīng)為將253V下調(diào)15%對應(yīng)的角度。由于先前是設(shè)計的分級調(diào)壓，可以設(shè)定為四級，每隔5%電壓為一個等級，即100%，95%，90%，85%供電。根據(jù)電壓浮動的常年統(tǒng)計值以及不同季節(jié)的變化預(yù)先設(shè)定好隨著時間變化的電壓調(diào)整。實現(xiàn)IGBT的PWM調(diào)壓，還需要相應(yīng)的驅(qū)動電路，也就是PWM控制信號發(fā)生電路。最初的設(shè)計是通過使用信號放大器，放大單片機引腳上的方波信號，再由三角波轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為PWM控制信號，驅(qū)動IGBT。結(jié)構(gòu)比擬簡單，但是可靠性和實用性很差，現(xiàn)在一般使用專用的驅(qū)動電路模塊，比方3525。KA3525作為電流型PWM控制器，功能比擬完善。但用電流來控制的思想

58、最終還是以電壓的形式表現(xiàn)出來。因此整個系統(tǒng)的控制方式根本上是以電壓作為主線的。3525工作原理輸出電壓可調(diào)。KA3525具有軟啟動功能，實質(zhì)上是由內(nèi)部5V基準源經(jīng)50uA的恒流源給KA3525接一電容充電實現(xiàn)的。在電容器充電的過程中仍以電容器上的電壓緩升來到達PWM脈寬緩慢展寬的目的，基于這種考慮，當(dāng)給定KA3525的8腳上給定一電壓值，應(yīng)得到一固定脈寬輸出，根據(jù)KA3525的資料手冊，給定KA3525的8腳上的電壓典型值超過3.2V小于5V內(nèi)脈寬不變，也就是當(dāng)電壓值到達3.2v時，KA3525的輸出為最大脈寬，當(dāng)從某一電壓值上升至3.2V時，在這段電壓范圍內(nèi)，對應(yīng)的電壓值對應(yīng)了固定的脈寬輸出

59、，以高頻變換也就得到了相應(yīng)的電壓輸出，由此輸出可調(diào)的目的也就到達了，這種功能具體由單片機來實現(xiàn)。管腳如圖11。對電路的驅(qū)動連接如圖12，11腳14腳輸出基準電壓。 反相輸入端 基準電壓 同相輸入端 +15V 同步輸出 B輸出 震蕩器輸出 +VC 時基電容CT GND 時基電阻RT A輸出 放電電阻RD 關(guān)斷控制 軟啟動端 補償 1 162 153 144 135 126 117 108 9圖12 3525的管腳圖穩(wěn)壓。輸出電壓可調(diào)，隨即需要解決的是穩(wěn)壓，整機要求穩(wěn)壓精度稍為高一點，假設(shè)要采用單片機來穩(wěn)壓的話，由于單片機運行一條最簡單的指令也需要1個周期，當(dāng)采用12M晶振時，一個周期為1s，顯然

60、不符合閉環(huán)穩(wěn)壓的要求，在這時仍然采用KA3525內(nèi)置的誤差放大器來實現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)壓，實現(xiàn)的原理就是運用電壓誤差放大器實現(xiàn)的電壓負反應(yīng)電路。單片機來給定每一級需要穩(wěn)壓基準點，以此來實現(xiàn)輸出一級電壓，穩(wěn)定一級電壓。 Vc A3525 B GNDVs圖13 驅(qū)動連接Uo硬、軟件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)本電路主要有控制電路、跟蹤穩(wěn)壓電路組成。原理框圖如圖13所示。圖14 電壓型3525PWM控制電路PWM輸出控制頻調(diào)輸出電壓，跟蹤穩(wěn)壓基準電平電壓輸出PWM控制3525中斷信號電壓采樣單片機控制系統(tǒng)濾波輸出電壓可調(diào)控制電路電路的實現(xiàn)是由單片機通過鎖存器(74LS377)U5和DA轉(zhuǎn)換器(DAC0800)U9實現(xiàn)，那么+