智能大功能软启动恒流|浙江新航电气有限公司-凯时官网

智能大功能软启动恒流

发布时间:2020-05-19 17:01:00来源:浙江新航电气有限公司

       智能大功能软启动恒流:

电源启动过程中瞬时电流冲击很大,对电源和器件的使用寿命有很严重的影响,采用良好的控制方法对启动电流进行控制以减小其危害,使启动过程中无瞬间冲击且能连续变化,是电源启动控制中关键的一步。 电源软启动方式就是控制输出电压和电流,使负载的电压和电流渐增。对于线性时不变模型的被控对象适当整定pid参数可获得较满意的控制效果,可以很好地解决电流过大的问题。pid 控制能很好地解决启动过程中震荡和超调的问题,可以更好地保护电源,且启动可靠、 稳定性强。采用单片机作为控制器,编程灵活、性价比较高,易实现人机界面管理。 利用软件调整系统的非线性,以降低实测值与设定值之间的偏差。电源电压或电流的波动、电路元件的老化、环境温度等因素都将影响电源的稳定性。为了稳定地控制电源功率,该方案采用.基于单片机的高速ad、da 数据采集系统,并采用pid算法实现大功率电源的软启动, 系统采用pid 电压采样反馈控制输出电流的恒定不变,精度较高、响应速度较快、灵活性较好、稳定性较高。

      1、大功率精密恒流源的实现:

      1.1、电源系统设计:

      以单片机为核心,完成以下功能:处理键盘输入数值,包括电路预定值和" "、"步进;控制数lcd显示预定值和实际值;控制adc和dac;根据得到的反馈信号通过程序控制算法进行偏差值补偿。由于运放opa549一路受dia转换器控制,调整运放opa549输入端电压,一路为比例放大电路。 

当dac输出预定值或步进值后,电流源的输出在0-8 a范围内变化。输出电压经与负载串联的小电阻采样后,送入adc, 采样值与预定值在单片机内部进行计算、比较输出控制信号,对偏差值进行补偿。利用软件调整系统的非线性,以降低实测值与设定值之间的偏差。

      1.2、电源电路设计:

      (1)数控部分核心:

      采用单c8051f,控制数控直流源的键盘和显示,与d/a 转换器和a/d转换器控制输出电流。aid 转换器的基准电压由专门 9 v电源供电,d/a转换器的基准电压由 20 v电源供电,由单片机送出数据经dac转换输出控制电压。

      (2)运放opa549放大电路电流源:

      opa549是bb公司新推出的一种高电压大电流功率运算放大器。它能够提供极好的低电平信号、输出高电压、大电流,可驱动各种负载。该器件的主要特点:输出电流大,连续输出电流可达8a。峰值电流可达10a;

工作电压范围宽,单电源为 8v- 60v,双电源为 4v- 60v;

输出电压摆动大;

有过热关闭功能,电流极限可调;

有使能及禁止功能;有过热关闭指示;

转换效率(压摆率)最高为9v/μs;

工作温度范围为-40℃ 85℃。该器件主要应用于驱动工业设备、测试设备、电源、音频功率放大器等大电流负载。

在该电源系统中,主要为负载提供大电流,采用pid 控制算法控制负载的发光强度。输入为单片机经dac输出的控制电玉,一路为比例放大电路,如图1所示增益g=1 r3/r2电流型dac通过r1转换成电压,控制opa549输出电流经采样电阻转换为采样电压,送入a/d 转换器反馈至单片机进行偏差值补偿。

      (3)散热及抗干扰:

      opa549大功率管工作时产生恒定的大电流,功耗较大,产生的热量较多,散热成为该电源急需处理的问题。一般的轴流风扇内部电机置有脉;

冲驱动电路,驱动时:

脉冲成分很容易直接顺电机电源线”外溢",干扰其他电器设备。视频设备上干扰表现为横通斜线,音响设备上产生噪音。为此,安装大面积的铜散热片, 同时用风扇对设备中的电子元器件强制散热。安装风扇时,需要在风扇电机电源线上串绕-只高频磁环以抗干扰。串绕磁环有效滤除这些干扰成分,一般只需绕 上1-3匝即可。

      2、pid控制算法:

      系统软启动的控制功能通过比例积分微分控制器实现。通过比较给定信号与反馈信号的偏差,并进行比例、 积分、微分等运算进行控制,是技术较成熟、应用、厂泛的一种控制方式。其结构简单、灵活性强、系统参数调整方便,不需要求出模型。

      pid控制原理如图2所示。

pid控制是一种线性调节器,它把设定值w与实际输出值相减,得到控制偏差e偏差值e经比例、积分、微分后通过线性组合构成控制量u,对对象进行控制。其中比例调节器起到基础调节作用,主要对控制系统的灵敏度和控制速度有影响。积分调节器可以自动调节控制量,消除稳态误差,使系统趋于稳定。微分调节器可以减小超调,克服振荡,同时加快系统的稳定速度,缩短调整时间,从而改善系统的动态性能。

pid控制器的输出与输入之间的关系可表达为:

      式中: ti为积分时间常数;td为微分时间常数;kp为比例系数;ki为积分常数,ki=kpti;kd为微分常数,kd=kp/td。

      系统启动时间较短,启动电压、电流较大,负载所承受的冲击也较大,致使启动阶段负载的动负荷峰值远远大于正常运行时的负荷,容易造成负载的损坏。为解决此问题,设计了一种新型的pid控制软启动电源系统,主要由电源、大电流恒流源、输出大电流端采样和控制系统组成,并完成了实验室内的试验。当电源启动时,首先由单片机系统给定设定电压、电流或功率。pid软启动是按负载线性上升的规律控制输出。在负载电压线性增加的过程中,如果电流超出了所限定的范围,则马上投入电压闭环,使电流值限定在所设定的范围内后,再线性逐渐增加电压至额定值,系统的光强也由零逐渐增大,完成启动过程。

      pid控制系统软启动效果图如图3所示。通过串行通信端口com1通信,电压单位mv、电流单位ma.功率单位mw,时间单位s.

从图3的软启动效果图可以看出,在恒定电压、电流、功率的模式下工作时,系统开机过程超调量很小,有效地控制了启动过程,防止了启动过程产生过大的扰动电压,产生过大的功率,有效地保护了负载。

      3、实验结果:

      由于输出电流达到8 a,对电源的功率要求较高,易产生噪声,这种随机噪声也会对输出电流产生一定的影响。 为减弱这种噪声,各个模块分别供电,以减少交叉干扰,同时在电路板上多加装去耦滤波电容,减小干扰的影响, 同时opa549 能有效地抑制纹波。影响电源稳定性的因素很多,如负载的变化、取样电阻的变化、ad、dia 的影响等。如图4所示,不同负载的情况下,电源误差不同。10 w的负载,由于功率较低,在电压、 电流增加时,误差变化也较小。 35w的负载,由于功率较大,工作电流的变化范围比较大,功耗较大,电源的误差变化相应地也比较大。如图5, 在10w、20w和35w的负载时,工作状态稳定,能够满足大电流、大功率的需要。

      该系统利用pid算法进行控制,采用大功率运放opa549 输出电流在0~8 a范围内可调,最大峰值可达到10 a.能够有效抑制纹波电流,克服了 传统电流源输出电流范围小的缺点。可设置并能实时显示输出电压、电流、功率实测值,具有" ”,"-"步进调整功能,输出可在lcd12864 显示,同时通过rs232 与上位机同步通信,直接显示, 保存实验数据。通过对测试结果的分析,系统在软启动的过程中,超调量很小,启动效果很好,避免了对负载的冲击。由于大功率调整管的电流大范围变化时,经过软件补偿、放大电路调整等方法解决线性度较差,实测值和设定值存在偏差的问题。该电源适用于大功率的场台,本电源具有很好的实用性。

最新资讯: 软启动柜百科详解 | 启动柜种类及特点介绍 | 自耦变压器负载运行及电流变换 | 小型高防护等级在线式软启动柜结构设计原理 | 自耦变压器降压启动原理 | 在线式软启动水泵控制柜调试与使用方法 | 自耦减压起动柜不能跳至运转的原因是什么? | 在线式软启动柜要发展必须要克服的问题 |