CPLD在臭氧電源中的應(yīng)用

摘要：利用壓控振蕩器CD4046和可編程邏輯器件EPM7128構(gòu)成控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)逆變輸出脈沖的占空比和頻率，實現(xiàn)臭氧電源輸出電壓和頻率的調(diào)節(jié)，從而達到對臭氧電源輸出功率的調(diào)節(jié)。調(diào)試結(jié)果表明該系統(tǒng)滿足實時性和功耗的設(shè)計要求，易于維護和升級，具備較強的通用性。
關(guān)鍵詞：臭氧電源；復雜可編程邏輯器件(CPLD)；壓控振蕩器(VCO)；頻率調(diào)節(jié)；占空比調(diào)節(jié)

臭氧被喻為“綠色”消毒產(chǎn)品，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。近年來，臭氧技術(shù)作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，受到越來越多人的重視。相關(guān)產(chǎn)品已從飲用水處理系統(tǒng)拓展到污水處理、空氣凈化、家庭環(huán)境污染防治、醫(yī)療保健等領(lǐng)域。
臭氧發(fā)生器供電電源是臭氧發(fā)生器的重要組成部分，供電電源的電壓、頻率和波形是影響臭氧發(fā)生器效率的重要因素。發(fā)生器的結(jié)構(gòu)、氣源和冷卻系統(tǒng)確定后，電源系統(tǒng)的性能與品質(zhì)就成為影響發(fā)生器效率的關(guān)鍵。上世紀80年代后，半導體器件的發(fā)展使臭氧電源發(fā)生質(zhì)的變化，逆變式電源成為臭氧發(fā)生電源的主要形式。在該類電源中，用整流器將工頻交流電整流成直流電，經(jīng)逆變電路轉(zhuǎn)換為單相中高頻交變電，再經(jīng)中高頻升壓變壓器升壓至發(fā)生器放電所需的電壓。與工頻供電相比，中頻逆變電源具有系統(tǒng)體積小、電源效率高、臭氧產(chǎn)量大、可線性調(diào)節(jié)范圍寬、對電網(wǎng)污染小等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
在臭氧發(fā)生器供電電源的設(shè)計中，由于可控硅SCR在三相整流時產(chǎn)生的換流壓降對輸出電壓平均值和電壓波形都會產(chǎn)生嚴重影響。因此，在電源主回路的設(shè)計中采用大功率二極管整流取代SCR整流，使得整流電路輸出的電壓脈動很小，從而提高電源的穩(wěn)定性和效率。
由于電源整流部分采用不可控的二極管進行整流，輸出電壓的調(diào)節(jié)就不能通過整流部分進行控制。因此，電源輸出電壓和頻率的調(diào)節(jié)就只能通過逆變部分進行調(diào)節(jié)，即通過對逆變觸發(fā)脈沖的占空比和頻率的控制從而達到對電源輸出電壓和頻率的調(diào)節(jié)，以滿足設(shè)計要求。下面重點討論如何進行占空比調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)和軟啟動時間調(diào)節(jié)。
1．1 占空比調(diào)節(jié)單元
圖l為占空比調(diào)節(jié)電路。該電路是將調(diào)節(jié)器輸出的電壓信號作為壓控振蕩器VCO(Voltage Controlled Oscillator)的輸入信號，此信號是一個在0～5 V之間變化的直流電壓信號，即INPUT信號，由于VCO是一個電流控制振蕩器，對定時電容C1的充電電流與從引腳9輸入的控制電壓成正比，使VCO的振蕩頻率正比于該控制電壓。當VCO控制電壓為0 V時，其輸出頻率最低；當輸入控制電壓等于電源電壓VDD時，輸出頻率則線性增大到最高輸出頻率。VCO振蕩頻率的范圍由R1、R2和C1決定。VCO振蕩頻率由CD4046的引腳4直接輸出到CPLD處理單元，CPLD內(nèi)部通過對該脈沖信號的計數(shù)來控制逆變觸發(fā)脈沖的寬度，來調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的占空比。