电力电子装置电流检测与过流保护系统设计毕业论文设计Word文档下载推荐.docx
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专业:
√自动化□测控技术与仪器
所在系:
√控制科学与工程□仪器科学与技术
题目:
电力电子装置电流检测与过流保护
系统设计
指导者:
张玉财副教授签字:
评阅者:
2014年6月吉林
摘要
本论文针对不间断电源以霍尔传感器和AT89C51单片机为核心,设计了一个利用霍尔效应实现电流检测并带过流保护的装置。
该装置在片外扩展AD转换接口,系统选用ADC0804转换器,电流检测元件采用ACS712霍尔传感器。
在上述硬件基础上,实现了对ADC0804芯片的启动与读写操作,完成对来自ACS712的直流电流信号的AD转换工作,当AD转换结束后,ADC0804向CPU发出一个信号,CPU对转换后的数字量进行处理,并将结果通过数码管实时显示出来,达到检测电流的目的。
并且采用新型超低电压检测器PT7M6lOl及一些通用元器件设计的一种通用过流保护电路,经实验其效果较好。
该保护电路的特点是:
最大的允许工作电流Imax可设定;
在正常工作状态(无过流发生)时,电路耗电极小,约几十微安;
一旦有过流状态出现,切断负载电源迅速(约几毫秒),并锁存(印保持负载断开电源状态),不影响其他电路工作;
控制切断电源的P-MOS-FET的压降小,检测电流的电阻Rs上的压降小(仅1OOmV),所以电路的效率>
95%;
有过流状态指示;
电路简单、无需调整;
若都采用贴片式元器件占印制板面积较小。
关键词:
霍尔传感器;
AT89C51;
过流保护
ABSTRACT
Inthispaper,theuninterruptiblepowersupplytotheHolzersensorandAT89C51SCMasthecore,thedevicewithovercurrentprotectionbytheuseofaHolzereffectofcurrentdetectionanddesign.ThedeviceextensionADconversioninterfaceinchip,systemwithADC0804converter,currentdetectiondeviceusingACS712Holzersensor.
OnthetheADC0804chipofthewriteoperation,tocompletetheDCcurrentsignalfromtheACS712ADconversionwork,whentheADisfinished,theADC0804sendsasignaltotheCPU,CPUdigitalconversionafterthetreatment,andtheresultsthroughdigitaltubedisplay.Current,todetectthepurpose.AndusingthenewultralowvoltagedetectorPT7M6lOlandsomecommoncomponentstodesignageneralover-currentprotectioncircuit,theexperimenttheeffectisbetter.Theprotectioncircuitis:
themaximumpermissibleworkingcurrentoftheImaxcanbeset;
inthenormalworkingstate(noflow),thepowerconsumptionofthecircuitisverysmall,abouttensofmicroamperes;
oncetheovercurrentcondition,loadoffquickly(aboutafewmilliseconds),andlatches(YinBao'
sloaddisconnectpowerstate),doesnotaffectothercircuit;
controlthepressurecuttingoffthesupplyofsmallP-MOS-FET,Rscurrentdetectingresistorvoltagedroponthesmall(only1OOmV),sotheefficiencyof>
95%circuit;
overcurrentstateindicator;
thecircuitissimple,noneedofadjustment;
ifusesSMDcomponentsaccountedforprintedcircuitboardareaissmall.
Keywords:
Holzersensor;
AT89C51;
Overcurrentprotection
第1章绪论
1.1课题背景与意义
近几年来,单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。
各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。
单片机是器件级计算机系统,实际上它是一个微控制器或微处理器。
由于它功能齐全,体积小,成本低,因此它可以应用到所有电子系统中。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C51是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[1]。
此外在一些负载电流较大的电路中,若由于负载内部产生局部短路或其他原因造成负载电流超过最大允许电流(过流)时,若不及时断开负载电源,往往容易造成负载过热烧毁或电源过载使整个电路系统不能正常工作或电源受损[2]。
采用完善的过流保护电路可在一旦出现过流时,瞬间断开过流负载的电源,这可减小电路损坏的程度、减小损失。
1.2研究现状
1.2.1不间断电源的研究现状
不间断电源(或称UPS,即UninterruptiblePowerSupply)是在电网异常的情况下不间断的为电器负载设备提供后备交流电源,维持电器正常运作的设备。
通常情况下不间断电源被用于维持计算机(尤其是服务器)或交换机等关键性商用设备或精密仪器的不间断运行,防止计算机数据丢失,电话通信网络中断或仪器失去控制。
1.飞轮式不间断电源
在使用电池的时代之前,不间断电源曾经使用飞轮和内燃机为负载提供电能供应,这种不间断电源被称为飞轮式或旋转式不间断电源。
飞轮式不间断电源由整流器、直流电动机、飞轮、柴油机(或汽油机)及发电机等组成。
在电网供电的情况下,由整流器提供的直流电驱动电动机带动飞轮旋转,并且带发电机为负载供电。
由于飞轮的惯性作用,发电机转速可以保持均衡,此时不间断电源起过滤电网干扰的作用。
当电网断电后,飞轮继续带动发电机的转子旋转,同时启动柴油机带动发电机发电,替代原有电网为负载供电。
由于飞轮式不间断电源使用内燃机提供电力,会产生较大的噪音同时体积也较大,因此目前一般仅被用于应急情况和一些自然状况恶劣的场合,通常情况下不间断电源会使用蓄电池来提供电力
2、蓄电池式不间断电源
自二十世纪六十年代美国通用电气公司研究生产不间断电源以来,不间断电源一直在被改进,但是其基本原理没有重大变化。
现代的不间断电源由电池组、逆变器和控制电路组成,一端连接电网另一端连接电器负载。
在电网电压正常的情况下,不间断电源利用电网电源为自身充电,在电网出现异常的时候,不间断电源将存储于电池中的电能释放,供负载使用。
它按工作方式通常分为在线式和后备式(亦称为离线式)两种;
按输出波形可分为正弦型、近似正弦型(用阶梯方波来拟合正弦波)等[5]。
1.2.2电流检测的研究现状
传感器产业分类众多,其中霍尔传感器市场是第三大的传感器产品市场。
在汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域都得到了广泛应用。
未来几年,随着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国,霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%到30%的高速增长。
与此同时,霍尔传感器的相关技术仍在不断完善中,可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场前景。
在我们的日常生活中,霍尔传感器被广泛应用。
例如,在翻盖或是滑盖的手机中,用来检测手机盖翻开或是滑动的器件就是霍尔传感器;
再比如,在电脑键盘上,实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的;
还有,在汽车变速箱、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器应用。
可以说,我们在每天的生活中都在与霍尔传感器打交道[3]。
“由于需要采用霍尔传感器的应用领域,如汽车、电机、手机和电脑都已经采用了该器件,而且这些市场在未来几年的增长较为稳定,而其他一些新的应用市场又不足以与上述几个市场相比,因此霍尔传感器在全球总的市场容量是较为稳定的,每年的增长率保持在5%到10%之间。
”霍尔传感器应用的领域不同,因此各个市场对它的要求也不尽相同[4]。
手机市场对霍尔传感器的主要要求包括尺寸、功耗和可调节的阈值。
在工业和汽车应用方面,霍尔传感器首先要满足工业或汽车认证对器件的要求,例如安全性、稳定性和温度范围要达到相应的级别。
1.2.3过流保护的发展现状
电力系统在运行时常常因为系统中的过电流保护发生误动作而造成事故,给经济带来巨大的损失。
该文针对过电流保护误动作及各种情况提出了应采取的措施,并提出了过电流保护改进的方向。
我国正处在经济发展的重要时期,各行各业对电力的需求日益增加。
因此,预防用电事故就成为迫切需要解决的问题。
电力系统在运行中,可能发生各种故障和不正常运行状态,最常见的也是最危险的故障是发生各种形式的短路,在发生短路时流过故障点的短路电流很大,有可能破坏系统并列运行的稳定性,因此需要在系统中配置过电流保护。
然而,在某些情况下,即使采用的过电流保护装置的动作值和时间匹配得很合理,但由于与系统中其他的保护不能很好地配合而导致其误动作,造成整个系统故障。
因此随着电网结构的日趋紧密,过电流保护能否正确动作,对电力系统安全、稳定运行非常重要。
第2章不间断电源简介
2.1设备简介
不间断电源(或称UPS,即UninterruptiblePowerSupply)是在电网异常(如停电、欠压、干扰或浪涌“也称:
涌浪电流”)的情况下不间断的为电器负载设备提供后备交流电源,维持电器正常运作的设备。
UPS是针对中国电网环境和网络监控及网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求,克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题,以
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