基于单片机温度控制系统设计的功率放大环节设计部分_课程设计任务书(编辑修改稿)

基于单片机温度控制系统设计的功率放大环节设计部分_课程设计任务书(编辑修改稿)内容摘要：

升率dv/dt 是一个重要参数。 由于单向晶闸管静态电压上升率 (200V/μ s)大大高于双向晶闸管的换向指标 (10V/μ s)，因此若采用两只大功率单向晶闸管反并联代替双向晶闸管，一方面可提高输出功率；另一方面也可提高耐浪涌电流的冲击能力，这种 SSR 称为增强型 SSR。 、 三极管 晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。 而每一种又有 NPN 和 PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅 NPN 和锗 PNP 两种三极管，（其中， N表示在高纯度硅中加入磷 ，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而 p 是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。 两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍 NPN 硅管的电流放大原理。 对于NPN 管，它是由 2块 N型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成，发射区与基区之间形成的 PN结称为发射结，而集电区与基区形成的 PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极 e、基极 b和集电极 c。 当 b 点电位高于 e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而 C 点电位高于 b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo。 在制 造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。 由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流 Ic，只剩下很少沈阳理工大学 8 （ 110%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源 Eb重新补给，从而形成了 基极电流 ： Ie=Ib+Ic，这就是说，在基极补充一个很小的 Ib，就可以在集电极上得到一个较大的 Ic，这就是所谓电流放大作用， Ic 与 Ib是维持一定的比例关系，即： β1=Ic/Ib 式中： β1称为直流放大倍数，集电极电流的变化量 △ Ic与基极电流的变化量 △ Ib 之比为：β= △ Ic/△ Ib。 式中 β称为交流电流放大倍数，由于低频时 β1和 β 的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分， β 值约为几十至一百多。 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作 用，通过电阻转变为电压放大作用。 、 RC 回路 RC吸收回路的作用，一是为了对感性器件在电流瞬变时的自感电动势进行钳位，二是抑制电路中因 dV/dt 对器件所引起的冲击，在感性负载中，开关器件关断的瞬间，如果此时感性负载的磁通不为零，根据愣次定律便会产生一个自感电动势，对外界辞放磁场储能，为简单起见，一般都采用 RC吸收回路，将这部份能量以热能的方式消耗掉。 设计 RC 吸收回路参数，需要先确定磁场储能的大小，这分几种情况： 电机、继电器等，它的励磁电感与主回路串联，磁场储能需要全部由 RC 回路处理，开关器件关 断的瞬间， RC 回路的初始电流等于关断前的工作电流； 工频变压器、正激变压器，它的励磁电感与主回路并联，励磁电流远小于工作电流。 虽然磁场储能也需要全部由 RC 回路处理，但是开关器件关断的瞬间，RC 回路的初始电流远小于关断前的工作电流。 反激变压器，磁场储能由两部份辞放，其中大部份是通过互感向二次侧提供能量，只有漏感部份要通过 RC 回路处理， 以上三种情况，需要测量励磁电感，互感及漏感值，再求得 RC 回路的初始电流值。 R 的取值，以开关所能承受的瞬时反压，比初始电流值；此值过小则动态功耗过大，引值过大则达不到 保护开关的作用； C 的取值，则需要满足在钳位电平下能够储存磁能的一半，且满足一定的 dV/dt 沈阳理工大学 9 、 功率放大环节电路 我们给单片机设置一个固定的温度范围，当温度传感器测量的温度高于我们设置的最高数值时，这时单片机指令控制 口产生一个高电平信号送给固态继电器，是继电器的产开开关闭合，使开关打开通电。 控制一个降温装置的开启（本设计中考虑到成本和技术问题，采用电风扇进行降温控制）。 相反，当温度传感器测量的温度低于设置的最低数值的时候，这时单片机又控制 口产生一个高电平送给继电器，使开关打开从而控制 升问装置进行加热（本系统采用电热丝进行加热）。 通过一个升温和一个降温装置，就能实现温度的调节。 只要通过程序，将我们所要达到的温度控制在一个恒温状态下。 控制电路的原理图如 所示 ,继电器的正极接电源电压 ,负极接三极管的集电极 ,之所以采用三极管 ,就是继电器一般是需要驱动电压的。 而单片机的管脚不能提供最后高的电压，这样就会导致即使单片机送出了高电平也无法将继电器开关打开。 当接上三极管后就能将输入信号的发送到继电器当中，驱动开关使温度调节器改变温度。 图 3 温度控制电路 沈阳理工大学 10 如图所示为稳定的阻性负载，为了防 止输入电压超过额定值，需设置一限流电阻 Rx；当负载为非稳定性负载或感性负载时，在输出回路中还应附加一个瞬态抑制电路，如图 所示，目的是保护固态继电器。 通常措施是在继电器输出端加装 RC 吸收回路 (例如： R=150 Ω， C= μ F 或 R=39 Ω， C= μ F)，它可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压和电压指数上升率 dv/dt。 在设计电路时，建议用户根据负载的有关参数和环境条件，认真计算和试验 RC 回路的选值。 另一个常用的措施是在继电器输出端接入具有特定钳位电压的电压控制器件，如双向稳 压二极管或压敏电阻 (MOV)。 压敏电阻电流值应按下式计算：Imov=(VmaxVmov)/ZS 其中 ZS为负载阻抗、电源阻抗以及线路阻抗之和， Vmax、Vmov 分别为最高瞬态电压、压敏电阻的标称电压，对于常规的 220V 和 380V 的交流电源，推荐的压敏电阻的标称电压值分别为 440470V 和 760810V。 在交流感性负载上并联 RC电路或电容，也可抑制加至 SSR 输出端的瞬态电压和电压指数上升率。 (a) (b) 图 4 继电器结构连接图 第二章 温度控制的总体设计和思路 、 温度控制方框图 单片机温度控制系统采用的装置有单片机、温度传感器和温度调节设备组成沈阳理工大学 11 起结构硬件结构图所示。 图 5 温度控制系统硬件结构图 、 AT89S52 单片机的结构 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解。