转换控制器设计的要点

数字电子式DCT一般由五个环节组成。

1.采样电路

其中，采样电路是DCT的第一道关口和第一个屏障。它的结构形式很重要，关系到EMC、抗干扰及可靠性问题，它起到第一滤波作用。目前的采样电路有以下几种方式：①电阻分压采样；②变压器采样；③光耦合器采样；④电压互感器采样。这几种方式都有各自的优缺点。

（1）电阻分压采样 电阻分压采样电路如图9-13所示，通过串联电阻分压后将电源信号经滤波电路直接输入到IC电路中。这种电路比较简单、经济，但信号精度较低，抗干扰性也较低。

图9-13 电阻分压采样电路

（2）变压器采样

变压器采样电路如图9-14所示，其中只取常用电源的一相电路（A相）为例。常用电源的A、N与变压器的输入端相连，经整流桥把交流信号变为直流信号，但此时的直流信号并不能直接输出到单片机的引脚上，可以通过一个适当的分压器R，得到适合的电压值，再经过电容C滤波，此时得到的电压信号U_o输出到单片机的信号采集端口上。经过这样一系列的过程，就完成了变压器的采样。单片机采集到电压信号后，可以对其数据进行处理，并执行相应的动作。变压器采样的优点是电路简单，有一定的抗干扰能力；缺点是采样准确度还不高。

（3）光耦合器采样

光耦合器采样电路如图9-15所示。可以同时检测三相电源。当A、B、C三相平衡时，d点电压U_d=0；当电源的任意一相发生断相或三相不平衡，d点电压U_d不为零，因而光耦合器VLC被导通，IC电路受触发后发出动作信号。

该方案光耦合器为短期工作制，不易老化，抗干扰性好；缺点是检测的信号精度也较低。

图9-14 变压器采样电路

图9-15 光耦采样电路

（4）电压互感器采样

电压互感器采样电路如图9-16、图9-17、图9-18所示。其中，PT为电压互感器，对信号起隔离作用，一次侧一般需要加限流电阻。电压信号输入到PT的一次侧，由限流电阻限制其电流在规定范围内，同时互感器的二次侧感应出一定大小的电流，此时可以采用两种方法采样电压值；第一种接线方法如图9-17所示，可以在输出端并联电阻R_L直接得到取样电压。第二种接线方法如图9-18所示，可以在输出端接运算放大器IC，把电流信号转换成电压信号，调节反馈电阻R_f的值在输出端得到所要求的电压输出U_out。电容C用来补偿相移，R_i为输入端的限流电阻。

图9-16 电压互感器采样电路（一）(www.xing528.com)

图9-17 电压互感器采样电路（二）

采用电压互感器进行采样，采样精度可以得到提高，但成本会增加。在对采样精度要求较高的场合可以采用此种方式。

图9-18 电压互感器采样电路（三）

图9-19 变压器整流电路

2.电源电路

电源电路主要为CPU和输出继电器提供直流电源。工频变压器因具有适应电压范围宽、抗负载冲击好、电路简单、经典、可靠等优点，已被广泛采用。在变压器中间加抽头，有利于抑制高频信号干扰。

在设计变压器电源电路时，应注意负载功率，并应考虑变压器在欠电压状态下的工作效率问题。典型的变压器整流电路如图9-19所示。

交流电源电压（230V/400V）经变压器降压及整流后，再通过DC-DC变换器芯片转换为直流电压。这样克服了使用线性稳压器所造成的发热及能量损耗问题。输出的直流电压分为两路，一路为CPU及外围芯片提供电源，要求它的精度高、稳定性要好，在选用芯片的外围器件时，应注意其精度及匹配性，这些因素影响输出电压的性能；另一路为输出继电器提供电源，对它没有较高的精度及稳定性要求，对外围器件没有严格要求。变压整流电路如图9-20所示。

3.通信电路

控制器能够方便地与上层控制平台进行连网通信，实现控制器的远程控制、远程监控、显示等功能，控制器增加了通信接口。通信方式采用简单经济、广泛应用于工业上的RS-485总线与外界进行通信，如图9-21所示。RS-485采用差分信号进行传输，有较好的抗干扰能力，易于和上位计算机通信。其工作电源为+5V，内部包含1个驱动器和1个收发器，通过串行口可以方便地与主控单片机进行通信。为了实现上位机与单片机系统的隔离，中间采用光耦合器进行隔离。但是光耦合器的上升时间、下降时间参数会限制通信数据的波特率而不能做得很高，为了提高通信速率，这里采用高速光耦合器进行通信。

图9-20 变压整流电路

图9-21 RS-485通信电路