时间：2023-02-21 08:50:53
【关键词】DC-DC；降压/升压；调节器
1.概述
如图1所示为采用单节的锂离子电池供电的典型低功耗系统。电池的可用输出范围为放电以后的约3.0V到充满电时的4.2V。系统IC需要1.8V、3.3V、和3.6V的电压，以实现最佳工作状态。锂离子电池开始工作时的电压为4.2V，结束工作时的电压为3.0V，降压/升压调节器可以提供3.3V的恒定输出电压，而降压调节器或低压差（LDO）调节器则可在电池放电时提供1.8V的电压。理论上，当电池电压高于3.5V时，可使用降压调节器或LDO产生3.3V电压，但当电池电压降至3.5V以下时，系统就会停止工作。允许系统预先关闭会减少电池需要重新充电前的系统工作时间。
2.降压/升压调节器
降压/升压调节器包括四个开关、两个电容和一个电感，如图2所示。目前的低功耗、高效率降压/升压调节器在降压或升压模式下工作时，只要主动操作其中两个开关，就可以降低损耗、提高效率。
当VIN大于VOUT时，开关C断开，开关D闭合。开关A和开关B的工作方式和在标准降压调节器中一样，如图3所示。
当VIN小于VOUT时，开关B断开，开关A闭合。开关C和开关D的工作方式和在升压调节器中一样，如图4所示。最困难的工作模式是当VIN处于VOUT±10%范围内时，此时调节器会进入降压/升压模式。在降压/升压模式下，两种操作（降压和升压）会在一个开关周期内发生。会特别注意降低损耗、优化效率，以及消除由于模式切换造成的不稳定性。这么做的目标是保持电压稳定，使电感中的电流纹波降至最低，保证良好的瞬态性能。
对于高负载电流，降压/升压调节器采用电压或电流模式、固定频率脉冲宽度调制（PWM）控制，以获得出色的稳定性和瞬态响应。为确保便携式应用的电池寿命最长，还采用了省电模式，它在轻载时可降低开关频率。对于无线应用和其它低噪声应用，可变频率省电模式可能会引起干扰，通过增加逻辑控制输入，可强制转换器在所有负载条件下均以固定频率PWM方式工作。
3.降压/升压调节器提高系统效率
如今的很多便携式系统都采用单节锂离子充电电池供电。电池会从满充状态时的4.2V开始工作，缓慢放电至3.0V。当电池输出降至3.0V以下时，系统就会关闭，防止电池因过度放电而受损。而当采用低压差调节器产生3.3V电压轨时，假设压差是0.2V，系统会在：VIN MIN=VOUT+ VDROPOUT=3.3V+0.2V=3.5V时关断，此时只用了电池所存储电能的70%。但如果采用降压/升压调节器（如ADP2503或ADP2504），系统就可以持续工作到最小实际电池电压。ADP2503和ADP2504（参见“降压/升压DC-DC开关转换器工作于2.5MHz频率”部分）均为高效率、600mA（ADP2503）和1000mA（ADP2504）、低静态电流、降压/升压DC-DC转换器，工作时的输入电压可高于、低于或等于稳压输出电压。电源开关管采用内置形式，最大限度地减少了外部元件的数量，从而减少印刷电路板（PCB）的面积。通过这种方法，系统可以一直工作到3.0V，从而充分利用电池存储的电能，增加了电池需要重新充电前的系统工作时间。
为了节省便携式系统的电能，各种子系统（如微处理器、显示屏背光和功率放大器）不用时会在完全上电和休眠模式之间频繁切换，造成电池电源线路上较大的电压瞬变。这些瞬变会使电池输出电压快速降至3.0V以下，并触发低电量警告，为使系统在电池完全放电前关闭。而降压/升压解决方案可以承受的电压摆幅低至2.3V，有助于维持系统潜在的工作时间。
4.降压/升压调节器主要规格和定义
4.1 输出电压范围选项
降压/升压调节器提供额定的固定输出电压，或者提供可调输出，允许通过外部电阻分压设置。
4.2 地电流或静态电流
地电流是不用于负载的直流偏置电流（IQ）。IQ越低，效率越高，然而，IQ要根据许多条件进行确定，包括开关管关断、零负载、脉冲频率调制（PFM）和脉冲宽度调制（PWM）工作模式。因此，在确定应用的最佳升压调节器时，最好检查特定工作电压和负载电流下的工作效率。
4.3 关断电流
关断电流是使能引脚禁用时器件消耗的输入电流，低IQ对于电池供电器件在休眠模式下能否长时间待机很重要。在逻辑控制的关断期间，输入与输出断开，从输入源汲取的电流小于1μA，这就是关断电流。
4.4 软启动
具有软启动功能很重要，输出电压以可控方式缓升，从而避免启动时出现输出电压过冲现象。
4.5 开关频率
低功耗降压/升压转换器的工作频率范围一般是500kHz到3MHz。开关频率较高时，所用的电感可以更小，这样可以减少PCB面积，但开关频率每增加一倍，效率就会降低大约2%。
4.6 热关断（TSD）
当结温超过规定的限值时，热关断电路就会关闭调节器。一直较高的结温可能由工作电流高，电路板冷却不佳，或环境温度高等原因引起。保护电路存在迟滞，因此，发生热关断后，器件会在片内温度降至低于预设限值后才返回正常工作状态。
5.降压/升压DC-DC开关转换器工作于2.5MHZ频率
ADP2503和ADP2504均为高效率、低静态电流、升压/降压DC-DC转换器，工作时的输入电压可高于、低于或等于稳压输出电压。这两种转换器内置功率开关和同步整流器，所需的外部器件数量较少。对于高负载电流，这两种器件采用电流模式、固定频率脉冲宽度调制（PWM）控制方案，以便获得出色的稳定性和瞬态响应。为确保便携式应用的电池使用寿命最长，这些器件还提供省电模式选项，在轻负载条件下可降低开关频率。对于无线应用和其它低噪声应用，省电模式的可变频率可能会引起干扰，而通过逻辑控制输入sync管脚，则可强制转换器在所有负载条件下均以固定频率PWM方式工作。ADP2503和ADP2504可用于2.3V至5.5V的输入电压工作，对于单节锂电池或锂聚合物电池、多节碱性电池或NiMH电池、PCMCIA、USB及其它标准电源均可为其供电。这两种器件具有各种固定输出的型号可供选择，也可采用可调型号，通过外部电阻分压对输出电压进行设置。此外，还内置补偿功能，最大程度地减少外部元件的数量。
6.结论
低功耗降压/升压调节器凭借成熟可靠的性能与深入有力的支持，使DC-DC开关转换器的设计变得简单。有关ADP2503/ADP2504详细资料可以查阅ADI调节器选型指南、数据手册。ADIsimPower?设计工具可以简化最终用户的任务。
参考文献
[1]Marasco，Ken.AN-1125 Application Note.How to Apply DC-to-DC Step-Down（Buck）Regulators.Analog Devices，Inc.，2011.
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[3]Marasco，Ken.AN-1072 Application Note.How to Successfully Apply Low-Dropout Regulators.Analog Devices，Inc.，2010.
[4]http：///ADIsimPower.
[5]http：///power-management.
[6]http：///switching_controllers.
关键词：PID调节器 偏置电压 漂移
中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（a）-0000-00
0 引言
1、引言
PID控制技术由于原理简单、操作方面是目前最成熟的鲁棒性最强的控制方法。随着计算机技术的不断发展，并且在特殊领域发展出了特定的改进方法如微分先行PID控制算法、带死区的PID 控制算法等[1]。本文采用DSP芯片来做数字PID调节器，数字的PID调节器分为增量型、位置式PID控制算法。本文采用TI公司TMS320LF2407和外接D/A数模转换芯片结合增量式PID 控制算法。同时对多路模拟信号进行采集，（LF2407采用10位A/D的模数转换对模拟数据进行采样），之后经过DSP的运算处理得出控制信号去调节被控对象。从整体上来说运算和处理速度都得到了提升[2]。
1 PID控制器软件编程
PID算法其实有两种一种是位置型PID算法和增量型PID算法，由于增量型PID的算法存在的优势，所设计的控制板选择了增量型PID 算法。之后将进行编程操作，编程只要参照以往的PID控制算法进行编写即可，当然实际控制系统的PID参数需要进行测试调整并找到合理的参数进行设置[3]。
本文的PID控制器的程序设计是基于以上两种来实现，并结合PID增量式算法，程序的文件名是*.asm和系统配置命令文件（*.CMD），可以从该配置文件中可以看出本文当中DSP的存储器资源和配置方法。
在中断子程序中实时调用PID控制算法的程序如下：
ADCINT-ISR： ； ADC中断子程序
CLRC SXM ；符号位扩展抑制指令
LDP# 4 ；指向用户变量区
LAR AR2， #RESULT0 ；将A/D转换的结果存储到AR2中
MAR *， AR2 ；辅助寄存器设置为AR2
LACC *， 10 ；左移10位加载到ACC高位
SACH ADRESULT ； ADRESULT存储A/D转换值
CALL PID_Control ；调用PID控制子程序进行实时控制
CLRC INTM ；开总中断
RET
2、直流偏置控制系统的测试结果
图1 控制板电压校正波形图 图2控制板正常工作输出电压波形图
图1为控制板电压的校正过程，通过对控制板输出的信号进行从0V开始的调整，并从示波器显示的幅度信号读取相应的PEAK（对应光强最大点）、NULL点（对应光强最小点），并计算出±QUAD点的电压。由此我们找到工作的依据，在进行实验的时候我们将上诉记录的点的电压设置成工作电压[4]。图2是控制板输出微扰电压的波形电压的波形。而微扰信号是通过数字芯片DSP产生的，同时又经过数字PID的控制盒低通滤波，并且在系统工作过程当中不断的调整，使其始终保持在锁定的位置上。从而达到需要的工作效果。
3、总结
光通信用发射机中的射频信号对光载波进行外调制的方式具有很多的优势，在高速长途通信中它必将成为主流的调制方式。而偏置控制是保证调制器输出信号质量的关键之一，本文采用DSP数字芯片作为偏置控制的调节器件，经过试验证明了它的可靠性以及快速处理的优势，对于以后的自动偏置控制技术的提高起着较为重要的作用。
参考文献
[1] 符晓玲，姜波.《基于DSP的数字PID控制器设计》，《现代电子技术》，2012年第7期
[2] 孙文焕.《并行D/A转换器AD7237A及其接口设计》，《国外电子元器件》，2008年2期
[3] 郭旖旎.《基于DSP的电光调制器偏置电压控制系统的设计与研制》，天津：天津大学2010
调节器根据其内部所用晶体管性能、制造材料、工作电压不一样，可分为NPN型外搭铁、PNP型内搭铁两种类型。
晶体管电压调节器内外搭铁的判别：判断其是哪一种类型（NPN外搭铁，PNP内搭铁）有三种方法：一是打开调节器外壳，测其内部三极管的电阻值进行判别； 二是根据发电机的磁场线圈一端所接蓄电池的正负极来判别，接蓄电池的正极为NPN型外搭铁；接蓄电池的负极为PNP型内搭铁。三是把晶体管电压调节器的正负极分别接到蓄电池的正负极上，然后在晶体管电压调节器的F端接一个12V的小灯泡，小灯泡的另一端分别去接蓄电池的正负极，如果小灯泡的另一端接蓄电池的正极亮，则为NPN型外搭铁；反之为PNP型内搭铁。
晶体管电压调节器好坏的判别：用一个录音机标称值为12V的稳压电源（实际上输出电压比标称值要高几伏），和一个1kΩ左右的电位器（可调电阻），把电源的正极接电位器的一端，电位器的中心抽头接晶体管电压调节器的+端，电位器的另一端和晶体管电压调节器的-端都接到电源的负极。调节电位器，使其输出高于晶体管电压调节器的标称稳压值（12、14V），再用三用表测晶体管电压调节器（PNP型内搭铁）的F端对地电压为低电平“0”V是好的；如果是NPN型外搭铁，三用表的红表笔就接晶体管电压调节器的+端，黑表笔接调节器的F端为高电平，有十几伏电压属于正常的，反之都说明晶体管电压调节器有问题。如果没有三用表，就用一个12V的小灯泡接在调节器（PNP型内搭铁）F端与-端之间，缓慢调节电位器，使其输出电压最大，灯泡应该由亮变为不亮才是好的；对NPN型外搭铁，小灯泡接在调节器（PNP型内搭铁）F端与+端之间，缓慢调节电位器，使其输出电压最大，灯泡应该由不亮变为亮才是好的，反之都说明有问题。降低电源的输出电压，三用表所测的电压也跟着降低，小灯泡发出的光线变暗。
晶体管电压调节器代换：晶体管电压调节器损坏后，一般情况下用同型号代换最好。如果手头一时无同型号晶体管电压调节器怎么代换？这里介绍一个比较简单的方法：就是改变发电机磁场线圈另一端所接蓄电池的正负极性。即汽车原发电机磁场线圈接蓄电池正极的，而手中只有PNP型内搭铁晶体管电压调节器，这时只把发电机磁场线圈接蓄电池正极线断开，改接在蓄电池负极上就可正常工作。 如附图。
【关键词】电压调节器；10kV线路；应用
近年来，随着我国经济的快速发展，人民生活水平不断提高。在居民生活用电方面，人们对供电的安全、可靠性及电能质量也提出了较高的要求。而供电的安全、可靠及电能质量则来源于线路的安全运行。现今我国部分地区的10kV线路运行还存在一定的不稳定因素，比如线路过长、电压低、负荷过大等等，这些因素都会直接影响10kV线路的安全、稳定、高质量运行，为了改变这一现状，供电企业做出了很多努力，其中，电压调节器在10kV线路中的应用就是为了解决线路过长而导致的电压低问题，它的应用使10kV线路的安全、稳定、高质量运行得到了保障。
1.电压调节器的工作原理分析
开平市苍城镇10kV联兴线线路上所运行的电压调节器是VR-32型调节器，该型号调节器主要应用于10kV的配电线路中，在10kV线路中应用该设备的主要目的是为了保障10kV线路运行过程中的安全、稳定及电能质量，使运行线路的末端电压始终在正常围内。该型号电压调节器在10kV线路中的应用对10kV线路的安全运行具有重要意义，它在很大程度上解决了因线路中径过长而造成的未端电压低等问题。
就VR-32型的电压调节器功能性而言，它属于一种全自动线路调压器，该设备在工作中由一个特殊设计的有载调压装置与一自耦变压器组成，由该设备内部的微机控制器对线路电压进行时实监测，当监测到线路电压低，微机控制器对该设备发送升压调节操作命令，该系统内部的转换开关就会自动连接升压端子，此时该设备内部的并联供组与串联绕组是呈现一种反极性的状态，而在此过程中所产生的负荷端电压要高于系统电源端本身所具有的电压；当监测到线路电压高，微机控制器对该设备发送降压调节操作命令，那么同样的该系统内部转换开关也会自动连接降压端子，向其发出降压信号，此时并联供组与串联绕组属于同极性状态，该降压操作所产生的负荷端电压则明显低于系统电源端电压。始终使电压调节器输出电压保持在正常范围内。
2.电压调节器的功能分析
2.1电压显示功能
电压调节器在10kV线路应用中的电压将在电压控制箱中显示出来，其显示的电压有两种，一种是基准电压，另一种则是10kV线路运行的实时电压。
2.2调压显示功能
利用VR-32型电压调节器选择开关进行自动调压，可以根据线路运行过程中对电压的实际需要把电压调节器设置成手动运行模式或者自动运行模式。不论是线路对电压调节器发送升压要求，还是降压要求，其内部档位显示器的指示灯都会根据实际情况快速确定电压调节器实际所处的档位。
2.3延时设定功能
10kV线路在运行过程中不同的运行状况对电压的要求也是有所区别，为了适应线路运行对电压的多种需求，该调节器能够对有载开关动作延时时限进行任意设定，这一强大的功能性能够适应线路电压的波动状况，使线路电压处于一种安全的状态。
2.4调节电压功能
调节电压功能是电压调节器最强大的功能之一，其调节电压的范围一般在目标电压的±10%、±15%，有32个档位可以进行不同的调压操作，每个档位的调压幅度大小应设置在目标电压的0.625%，从而使输出电压十分平滑的调整至正常范围，使供电线路的电能质量得到了有保障。
2.5灵敏度调节功能
通过对电压调节器抽头位置的调整，可以对该设备电压进行平滑调节，在调节过程中其内部相关设备会对调节程度进行灵敏度跟踪，根据控制器的逻辑判断进行电压的分接头调节，以此来保障线路电压的稳定。
2.6自动复位功能
电压调节器之所以能够实现自动复位功能，主要是因为该设备内部有一个复位功能选择开关，该开关进行复位时，那么也就意味着电压调节器将处于停止调压状态，此时该设备会自动将电源和负荷直接设置为连接状态。
2.7保护功能
VR-32型电压调节器中的调压器控制电源在出现断电或故障等情况时，调压器会立刻停止工作，并且将线路的电源侧与负荷侧直接连接，将电压调节器在线路中短接，使供电线路不因电压调节器故障而引起停电事故，保障线路基本的正常运行。
3.电压调节器在10kV线路中的应用分析
在10kV线路运行过程中会产生一定的电压降，这与线路的输送功率及线路阻抗大小有着密不可分的关系，线路运行中产生电压降很容易导致线路中端或者是末端所产生的电压降超出国家规定范围，从而影响整个10kV线路运行的安全性与稳定性。因此，为了保障10kV线路供电可靠性及电能质量，在电能质量得不到保障的10kV线路中必须正确加装电压调节器。正确安装电压调节器需从以下几方面考虑：
3.1准确定位电压调节器的安装位置
按调压器的接线形式，可分为开口三角形联接及闭口三角形联接。开口三角形联接为线路A、C两相中各串联一台电压调节器，此种联接方式的电压调节范围为±10%。闭口三角形联接为线路A、B、C三相中各串联一台电压调节器，此种联接方式的电压调节范围为±15%。根据以上两种接线形式，在10kV线路中，对运行电压低于正常范围的点进行加装电压调节器，此点应选在正常电压范围内的最低允许值出现的电源侧前段，且应在不影响用户用电设备允许的最高电压状况下，尽量向线路的电源侧方向安装，这样不仅能够提高10kV线路的电压值，同时还能够降低10kV在运行过程中的线损。
3.2合理选择电压调节器的容量
电压调节器安装位置定位准确后应对安装点的线路经过电流进行实地测量，一般情况下所选择的电压调节器容量应大于经过电压调节器的电流大小。
3.3实时监控线路电压质量
电压质量直接关系着10kV线路运行的稳定性与安全性，因此要充分发挥电压调节器在10kV线路中的作用，就要对线路电压质量进行实时监控，时刻关注电压调节器投入前与投入后的线路负荷变化，从而计算出相关电压数值，全面掌握电压调节器在10kV线路中的应用状况。根据实际情况及时调整线路电压大小，使线路电压满足不同时段10kV线路对电压的不同要求。
3.4实时掌握线路耗损状况
10kV线路运行过程中，对于负荷及电压调节器投入前后的不同，其所产生的线路耗损也是不同的。据调查了解所知，在电压调节器投入之前，即便是10kV运行中的负荷率达到70%，但该条线路的电压值仍然不会超出国家规定的电压范围；然而当电压调节器投入后，线路耗损就会随着线路电压降低而减少，两者有着密不可分的关系，从某种意义上来说线路电压的大小能够决定线路耗损的多少。在10kV线路运行中对于相同的负荷率，电压调节器在投入后的线路耗损一般会降低10%。由此可见，在10kV线路中应用电压调节器既能够保证线路运行电压的适当变化，同时又能够降低线路耗损，维护线路安全，是10kV线路运行安全的重要保障，对10kV线路的安全运行具有重要意义。
4.总结
综上所述，该地区在10kV线路中应用电压调节器这一伟大尝试从很大程度上来说是成功的。选用VR-32型电压调节器对10kV线路中电压偏低的线路进调整，不但保障了该线路用电设备的安全性，而且还有利于降低了线损，延长了线路上各种开关设备的使用寿命。电压调节器的这些功能性及优势大大优化了10kV线路运行环境，对供电企业具有一定的经济学意义。
【参考文献】
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关键词：新型谐波;交流电压;调节器;模式
伴随着经济的发展，科学技术取得飞速进步，大功率电力电子转换装置在电力企业发展建设过程中取得广泛应用，并为电力行业的发展做出了巨大的贡献。为了提高电网系统的安全性，相关研究人员在很对企业发展的实际状况，研究出了一种新型的斩波控制方式，该控制方式以AC-AC控制器为依据，以PWM为控制手段，具有单级变换和不产生低次谐波等特点，在电力行业发展建设过程中受到广泛应用。但是，这种变换器没有较强的抑制能力，针对这种问题，研究人员又研究出来一种新型谐波消除交流电压调节器，这种调节器以斩波方式AC-AC降压变换器结合输出串联补偿升压变压器为依据，通过双向调节的方式实现负载电压的调节，在实现良好输出和输入谐波特性的同时，还能有效满足负载动态和输入电压短时间内产生变化的需求。
1.电路结构与工作模式
新型谐波消除交流电压调节器电路结构十分复杂，该调节器由斩波AC-AC降压变换器和输出串联不长变压器共通组成，其结构示意图如下图1所示。
图1：新型谐波消除交流电压调节器电路结构
从上图1中可以明确看出：有源开关S1、S2+反并联二极管D1、D2+旁路开关S3、S4+反并联二极管D3、D4+缓冲电路共通组成输入交流斩波器主电路。如果有源开关S1、S2处于开通状态，斩波电路也处于有源状态;如果旁路开关S3、S4处于开通状态，斩波电路应该处于旁路模式。为了有效控制交流斩波器开关工作过程中产生的高频率谐波，设计人员应该在调节器上合适位置添加LC滤波器。从图只能够可以看出：L1和Ci是输入滤波器的重要组成部分，主要目的是组织高频率谐波流向各个路径;Lo和Co共同组成输出滤波器，主要任务是控制高频率谐波对敏感负载的影响。
2.新型谐波消除与复杂电压控制
2.1 谐波消除PWM技术
交流斩波变换器在经过改造之前由恒定占空比PWM和不对称PWM组成，这种控制方式可以有效实现输出电压的联系调节需求，但是，在实际分析谐波特征的过程中却没有较强的抑制能力。为了解决传统交流斩波交换器控制方式的不足，新型谐波消除交流电压调节器采用消除PWM技术，有效控制斩波电路的同时，还具有较强的抑制能力。如果电路各元件处于正常工作状态，不考虑高频滤波器与基波电流之间的关系，下图2是新型谐波消除交流电压调节器的基波等效电路。
图2：新型谐波消除交流电压调节器的基波等效电路
在确保各项检测参数准确无误后，研究人员应该明确新型谐波消除交流电压调节器中交流系统的电压、变换器输出电压、傅里叶级数以及傅里叶系数等值，将明确新型调节器与传统控制方式下调制函数的实际取值，从而明确调制函数中引入补偿函数和系统电压信号等值，从而有效地实现了谐波消除PWM技术的应用。
研究人员还对消除PWM技术与恒定占空比调控方式进行了对比仿真实验，实验过程以PSPICE为依据，实验结果表明：对比仿真后更能直观地说明消除谐波的机理。下图3是恒定占空比与谐波消除PWM技术变化器输出脉冲电压的波形比较。从表格比较图中可以看出，谐波消除技术与恒定占空比相比很难根据输入电压的变化规律探索出自身的发展规律。在对这两种形式的频谱比较的过程中发现，谐波消除PWM技术输出脉冲中只包括基波和相关的高次谐波，而恒定占空比输出在包含以上两因素的同时还包含较高的低次谐波电压。
图3：输出脉冲电压波形比较
2.2 负载电压控制
从谐波消除PWM技术的研究中可以发现，假如恒定占空比固定，该调节器可以完全消除负载电压中的低次谐波。但是，为了提高研究结果的准确性，研究人员还必须合理控制输出进行有效的控制，从而实现预期中希望达到的负载基波电压值。
3.研究结果
为了确保研究结果的准确性，研究人员结合实际研究方案，在2KVA样机上对新型谐波消除交流电压调节器进行了相关试验验证。实验过程中对调节器实际采用的方案进行了二次探讨，控制器系统以单片高性能DSP芯片为主，该芯片的型号为TMS3230F2812，它可以提供具有超高精准度的元算证书计算出调节器的实际性能，还能迅速有效地集成高度信号采集系统，从而实现对PWM的控制。
4.结束语
综上所述，新型谐波消除交流电压调节器的工作原理与传统调节器原理有明显的差距，它以AC-AC降压变换器结合输出串联补偿升压变压器为依据，通过双向调节的方式实现负载电压的调节。研究人员在明确电路结构与工作模式的前提下，还应该了解谐波消除PWM技术和负载电压控制方法，在确定新型谐波消除交流电压调节器准确性后，对相关研究进行二次实验，为提高新型调节器的准确性打下坚实的基础，从而促进我国电力行业的发展。
参考文献：
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作者简介：
关键词：汽车发电机 集成电路 电压调节器 检测
集成电路调节器也称IC调节器，装在发电机内部，构成整体式发电机，通过控制励磁电流来控制发电机输出电压，使之不随发电机转速变化而改变。发电机一旦出现故障，使用者连同发电机一起，拆旧换新，很不经济。下面笔者根据对两款调节器的认识，从原理结构入手谈一下检测方法。
一、IC电压调节器的工作
IC电压调节器与发电机组装成一体，发电机、蓄电池、调节器三者之间通常采用蓄电池电压检测法进行接线。
由于发电机电压检测法在发电机输出电流太大时蓄电池的充电电压将会偏低，使蓄电池充电不足，故较少采用。为克服不足，常采用蓄电池电压检测法，在调节器的分压器与发电机B点之间增加了一个电阻 R6 和一个二极管VD2 ，这样，当B点与蓄电池正极之间或S点与蓄电池正极之间出现断线时，由于R6的存在，仍能检测出发电机的端电压UB ，使调节器正常工作，可以防止发电机出现电压过高的现象。
二、集成电路调节器实例
如天津夏利TJ7100、TJ7100U轿车的发电机用单片式集成电路调节器的外形。
该调节器共有6个接线柱，其中B输出、F磁场、P相线、E搭铁4个接线柱用螺钉直接与发电机相连，接线插座内的IG、L两个接线柱接充电指示灯。 IG端经点火开关接至蓄电池，用于检测蓄电池和发电机电压，控制VT2的导通与截止。P端接在发电机定子绕组的某一相上，该点电压为发电机三相电压中的相电压。调节器从P端检测到发电机的电压变化，达到控制三极管VT1的导通与截止的目的。
三、IC调节器工作原理
1.天津夏利TJ7100
（1）他励发电。励磁电流由蓄电池提供，接通点火开关，发电机未转动时，蓄电池电压加到 IG端和E端，IC检测出这个电压，使三极管VT2 导通，于是励磁电路接通。此刻 P端电压为零， IC检测出该电压，使三极管VT1也导通，充电指示灯点亮，蓄电池放电为发电机提供励磁电流。
（2）自励发电。发电机转速升高，P端接近6V电压，该信号使集成电路控制VT1 截止，于是充电指示灯熄灭，指示发电机开始向蓄电池充电，并向用电设备供电，同时给自己提供励磁电流，充电指示灯熄灭。
（3）稳定电压。当发电机电压升高至14.4V时，P端电压升高，使三极管VT2 截止，切断励磁电流，使发电机电压下降。当发电机电压下降到低于调压值时，P端电压低，三极管VT2 导通，励磁电路又接通，发电机电压又升高。此过程随汽车发动机转速变化反复进行，使发电机输出B端电压稳定在调节电压值。
在发电机运行中，当B点与蓄电池正极之间或S点与蓄电池正极之间出现断线时，由于IC内电阻 R6 和二极管VD2的存在，IC电路仍能检测出发电机P端变化的电压，使调节器正常工作。实际工作中P端如接触不良，电压为零或时断时续，IC检测出该变化的电压信号后，便控制三极管VT1 导通、截止，使充电指示灯闪烁，从而告知驾驶员充电系统出现故障。此故障也是充电指示灯在发动机正常工作时闪烁的一个内在原因之一。
当不具备维修条件时，要检测这类调节器性能好坏比较困难。笔者根据这两款调节器工作，模拟工作环境，设计了一套静态检测的方法。
按图接好线路，K2闭合时灯1熄灭，K2断开时，灯1应点亮。
调节可调直流电压15～15.5V以上时，灯2应熄灭，当可调电源电压调整到3.5V左右时，试灯1开始发亮，到接近14V时最亮；继续升高电压15～15.5V以上时，灯泡由亮转灭，再继续升高电压，灯泡1也不亮；逐渐降低直流电压，当电压下降刚刚小于14V时，灯泡1又亮起，说明调节器性能良好；若升高电压后试灯常亮，表明调节器内部短路；若升高电压后试灯始终不亮，表明调节器内部断路。
2.丰田轿车电源系电路
丰田威驰汽车电源系电路图。该电源是内装集成电路调节器（检测蓄电池电压）整体式交流发电机，其与外部电路连接。
现代轿车在汽车组合仪表上装有充电指示灯，用来监控发电机工作状态，正常情况下在打开点火钥匙IG挡位时充电指示灯点亮，在汽车发动后熄灭。若点火启动发动机正常运转后充电指示灯还亮着，则表明充电电路或发电机出现了故障。一旦确定发电机出现故障，此时即可用上述方法分别对此类调节器、发电机进行检测。
控制蓄电池由24V蓄电XDC作为基础电源，充电机ZF经过三相桥式整流器GZ3向蓄电池XDC充电，充电电压为直流26～28V；系统由QTD10―1型电压调节器保持充电电压稳定。
一、控制电源的基本工作原理
1、基础电源电路。将两块12V蓄电池进行串联，―X12负端与车体相连，合上驾驶室中SM电源总开关后，正常情况下+X11线路上有24V电。在柴油机停转状态，在驾驶室中PV数字显示表将显示蓄电池的电压。合上12V电源开，12V电源将直流接触器KMP吸合，为满足司机的需要为收录机和点烟提供12V的直流电源。
2、电部分电路。合上电器柜中充电保护自动开关SAP，接通电源总开关SM给蓄电池充电，同时185号线通电，经电压调节器中VD8/R17/R18给充电机励磁绕组单向初励供电（300mA）；由R1和稳压管VD1/VD3组成20V―DC一级稳压电路，为比较器LM139J提供电源；由R2/VD2/VD5组成15V二级稳压电路，提供参考电压，ICA是过压保护比较器，ICB是调压比较器。当控制电源电压低于额定值时，IBC比较器的8脚电位小于RP2调节的参考电压，输出高电位使三级管VT2导通，接通充电机励磁绕组电路，充电机在运转的柴油机拖动下输出电压上升，三相交流电经VC3桥式整流后，通过自动保护开关SAP给控制系统供电，并经过VD9/VD10/VD11整流后进行自励，进一步提高输出电压。当控制电源电压高于额定值时，ICB比较器输出低电位，三极管VT2截止，断开充电机励磁回路电流，充电机输出电压下降，当电压低于额定值时，重复上述过程，从而将平均电压稳定在额定电压上，本车要求控制电源额定值是26+1V。
如果充电电压高于过压保护值时，ICA比较器1脚输出高电位，三级管VT1导通，继电器K吸合，继电器常开触头断开充电机励磁回路电流，同时常开触头闭合，将继电器K自锁，充电过压指示灯HLDV亮，只有按过压复原按钮SRP，或关断电源总开关SM，继电器K才断电释放，保护了控制电源的用电元件和性能。如果改变了的RP1阻值就改变了充电过压保护值。本车要求充电过压保护值是32V在柴油机运转的状态下，充电部分正常工作，驾驶室电压表显示的是26+1V充电电压。
3、蓄电池的正常使用。由于SF31904型电动轮自卸车采用了不可拆式免维护电池，不必补充电解液，在使用中的蓄电池如因故停止使用时间超过一个月，应将蓄电池充足电存放。使用防止充电电压过高和蓄电池长时间大电流放电，如发现充电系统不充电或充电电压超过30V，应就地停机及时处理，在冬季和夜间，发动机熄火后应关闭电器柜加热和大灯照明，以免电池电压降低过多，造成起动困难。
4、检查车上的正、负极线。由于控制的电源属于负极和车体铁相连，更容易发生短路故障，需要经常检查车上所有控制线路的连接和绝缘情况，不能有连接松动和绝缘破损现象。拆装车上电器元件，应不带电进行。
二、电压调节器工作原理
电压调节器由起励回路、取样电路、比较调节和过压保护四个环节组成。发电机停止工作时，蓄电池经过电阻R13、R14分压，使MOS管VT2触发导通，蓄电池经过VD8、R16、R17、R18、励磁绕组、VT2提供起励电流，为充电机的起励做准备。当发电机开始旋转时，在起励电流的作用下，发电机开始发电，当发电机输出电压超过励磁绕组的电压时，发电机便开始了自激建立电压的过程。发电机起励后，电压调节器便进入正常工作，若发电机输出电压电压稍低于调节值，经R10、R11、R12取样后，与给定电压进行比较，使VT2导通，励磁电流继续上升，促使输出电压上升。当励磁电流上升到使发电机电压稍高于调节值时，经取样比较电路后，使VT2截止，励磁电流下降，从而使发电机输出电压下降。通过VT2的频繁导通和截止，形成一定的导通比，控制发电机有一定大小的励磁电流，使其输出电压稳定在一定值。调价电位器RP2可以改变调节值的大小。当发电机失控，输出电压超过30V，经R5、R6、RP1取样，在与给定值进行比较后，使VT1导通，继电器K通电，其触头断开励磁回路，使电压迅速下降，同时起另一组触头K1自锁，使过压信号灯发光，向司机发出过压信号。
三、电器元件型号及故障维修
1、名称及件号：
QKZ7-1反向器
故障现象：①绝缘套、绝缘杆、绝缘支座破损、烧蚀。②主触头破旧，烧蚀、凹凸不平、助触头磨损、烧蚀。③触头压力减少。④气缸活塞动作不灵活。
可能产生的原因：①电弧灼伤，机械磨损。②电腐蚀，电弧灼伤。③触头弹簧应下降。④电磁阀卡住或泄露；皮碗漏气；不良。
排除方法：①做好标记及时更换。②触头不平整的可用细平锉修光，禁用砂布打磨触头，烧蚀严重的及时更换。③更换触头压力弹簧。④详见电磁阀部分；更换破损破碗；及时定期加注脂。
2、名称及件号：
QFD8-2B电磁阀
故障现象：①电磁阀动作呆滞。②电磁阀不动作。③电磁阀漏气
可能产生的原因：①赃物卡住，零件毛刺。②线圈开路或短路；赃物堵卡。③装配不当；阀破损；连接处不紧密。
排除方法：①清洗干净、打磨清洁零部件。②更换线圈；清洗。③重新正确装配；更换破损阀；紧固各联接部分。
3、名称及件号：
QPL12-1主整流柜
故障现象：①无电流输出。②局部过热。
可能产生的原因：①整流元件损坏。②紧固件松动；母线、元件等接触面不平整。
排除方法：①更换元件。②紧固所有零件、修锉平稳接触面再重新组装。
4、名称及件号：
QPL14-1辅助整流柜
故障现象：①同QPL12-1
可能产生的原因：①同QPL12-1
排除方法：①同QPL12-1
5、名称及件号：
LZX74-1制动电阻器
故障现象：①电阻栅烧损。②绝缘柜烧损。③踏板返回不到位。
可能产生的原因：①松动造成拉弧。②电弧灼伤或机械损伤。③详见风机部分。
排除方法：①更换扭簧。②更换电阻或补焊。③调整或更换辅助开关。
6、名称及件号：
QLT32-6牵引控制
故障现象：①踏板返回不到位。②无电联锁。
可能产生的原因：①扭簧弹力不够。②助开关工作不可靠。
【关键词】 直接转矩控制 PI调节器 空间电压矢量调制
由德国鲁尔大学Depenbrock教授于1985年提出的直接转矩控制，直接去控制异步电动机的电磁转矩和电机定子磁链，而删去电流闭环有更好的动态性能[1]。然而，直接转矩控制其经典模型固有的缺陷一直阻碍着直接转矩控制的进一步发展，主要问题是：定子磁链估计不准确、电磁转矩脉动较大等[2]。本文提出一种基于PI调节器的空间电压矢量调制直接转矩控制方法，并对其仿真验证。
一、直接转矩控制原理
直接转矩控制的基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角θ的大小，以达到控制电动机转矩的目的[3]。图1是传统直接转矩控制系统的整体框图。从图中可以看出，把给定转速n*与电机实际转速n的差值作为速度调节器的输入，输出得到给定电磁转矩T，再将给定电磁转矩T与估计的电磁转矩T之差经过转矩调节器得到转矩开关信号TQ，给定的定子A磁链幅值
与磁链估计器得到的估计定子磁链幅值ψ
之差通过磁链调节器输出磁链开关信号ψQ，结合定子磁链所在的扇区N，综合选择最优的开关表控制逆变器的开关电压矢量信号，快速控制电机的。
二、本文提出的方案及仿真实现
与传统直接转矩控制相比，本文采用的磁链PI调节器是将给定的定子磁链幅值ψ
与磁链估计器得到的估计定子磁链幅值ψ
之差作为输入，输出得到以ω旋转的x-y坐标系下的定子电压x轴分量U，转矩PI调节器是将给定的电磁转矩T与估计的电磁转矩T之差作为输入，得到以ω旋转的x-y坐标系下的定子电压y轴分量 U。然后根据式1和式2得到参考电压矢量在二维静止坐标系α-β的分量u、u。其中，ω和θ分别为定子磁链相对静止α轴的角速度和磁链角。
把开关周期T、参考电压矢量在二维静止坐标系α-β的分量u、u作为输入，构建空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）模块，如图2所示。
根据表1判断参考电压所在的扇区：
由表2和表3确定各扇区的矢量作用时间：
根据式4逆变器的开关时刻，使得逆变器的开关频率保持恒定。
三、仿真实验结果与分析
对表4所示参数的异步电机进行仿真测试。给定定子磁链Ψ=0.95Wb，图3-a和3-b分别为传统DTC和改进DTC的定子磁链幅值波形，分别于26ms和6ms定子磁链幅值达到给定值，改进DTC策略能有效提高磁链的动态响应，并减小定子磁链脉动。
在0.02s时给定转速为100r/min，图4-a和图4-b分别为传统DTC和改进DTC的速度曲线，传统DTC在0.028s转速到达100r/min，而改进DTC在0.023s转速到达100r/min，从图直观得可以看出改进DTC的超调量大大减小，说明后者具有更好的转速动态性能。
给定转矩0N.m（0s，0.6s），8 N.m（0.6s，0.7s），0 N.m（0.7s，1s）。图5-a和图5-b分别为传统DTC和改进DTC的电磁转矩波形，改进DTC明显减小了转矩的波动范围，有效抑制转矩脉动。
下面分析下速度环PI调节器比例系数和逆变器开关周期Tsw对改进DTC系统的影响。速度环PI调节器的比例系数为Kp，积分系数为Ki；控制器采样周期Ts=10μs；转矩给定0 N.m（0s，0.2s），8 N.m（0.2s，0.25s），0 N.m（0.25s，0.3s）；在0.02s时给定转速为100r/min；额定转矩35N.m，转矩滞环宽度设为1%*35=0.35，磁链滞环宽度设为1%*0.95≈0.01。图6-a、6-b、6-c、6-d、6-e分别为不同比例系数、积分系数和逆变器开关周期的转速波形和电磁转矩波形。曲线1为给定转速，曲线2为实际转速，曲线3为实际电磁转矩，曲线4为给定电磁转矩。比较这5个图形，不难得出结论：比例系数Kp过大，加剧转矩波动，过小，速度静差调节过慢，而变频器频率的提高有助于减小转矩波动。
四、结论
基于PI调节器的空间电压矢量调制直接转矩控制方法，在一个控制周期中不再单纯使用一个电压矢量，使得开关频率稳定，并且可有效提高定子磁链的动态响应，抑制定子磁链脉动和电磁转矩脉动，减小转速上升时间和超调量，具有更好的转速动态性能。速度环比例系数Kp过大，加剧转矩波动，过小，速度静差调节过慢，而变频器频率的提高有助于减小转矩波动。
参 考 文 献
[1] 胡育文. 异步电机（电动、发电）直接转矩控制系统[M]. 机械工业出版社，2012.
[2] 孙振川. 异步电机直接转矩控制理论和技术的研究[D]. 山东大学，2008.
关键词：AVR；发电机；PID；可控硅
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0101-02
自动电压调节器简称AVR，它几乎是现代交流发电机不可缺少的一部分。发电机的电压调整精度、电压可调范围、动态特性以及并联调差特性的获得都与AVR密切相关。自动电压调节器由印刷电路板、变压器和半导体元件封装成一个整体。在正面有一只电位器轴头，用以整定发电机电压，顶部有可控硅散热器和一只整定最佳阻尼的可锁定电位器。具有线路简单、重量轻、体积小、静态电压调整率高、动态性能好等优点。
1 工作原理
电压调节器主要任务是使发电机输出电压恒定，在发电机并联运行时能均衡无功分配，同时电压调节器还兼有自励能力。电压调节器系统框图如图1所示。经负载扰动的发电机电压经测量反馈通道的传递，成为反馈信号Ufk，Ufk与给定信号Ug比较，得到一个差值信号U0，U0=Ug-Ufk，U0经过前向通道放大，并移相触发晶闸管的脉冲，使晶闸管工作并调节励磁电流，从而使发电机电压UG恒定。
发电机系统的电压调节过程如图2所示。
接入并联运行的调差环节，调节过程如图3所示。
电气原理图如图4所示，虚线框内为电压调节器部分，虚线框外由控制屏配置。
电压调节器由以下几部分组成。
1.1 电压测量及调压电路，元件组成
如图5所示，电压调节器是由直流弱电元件组成，对发电机交流较高端电压测量，须经过变压器隔离降压，并整流滤波成直流平滑信号。电压调节器测量电压输入端经变压器B降压后，送入桥式整流组件QL1整流。为使整流后的直流信号更平滑，电路中增加了R2、C1滤波。R3、RP1、R4、R5、DW1组成测量比较桥，通过调节RP1电位器的阻值改变a点、b点之间的电压值，此电压值加至PID放大环节。
1.2 可控硅主回路
如图6所示，可控硅主回路由励磁整流板ZL、管形电阻Rf、可控硅VC组成，采用串联调节方式。调节器的励磁电源由发电机绕阻S1、S2经单相半波整流，通过励磁线圈E1、E2，再经可控硅VC构成回路。可控硅VC的控制端受调节器控制回路的控制。
1.3 单晶管移相触发
如图7所示，移相触发单元的作用是产生相位可调节的触发晶闸管的脉冲，即导通角α随放大单元输出信号的大小而改变，达到自动调压的目的。由于改变RC（R13、C5）的充电时间，使单晶管BT输出的脉冲产生移相，并触发可控硅VC，发电机励磁电流得到调节，使发电机电压保持恒定。
1.4 PID调节
PID调节如图8所示，所得点a、b差值电压加至PID放大调节器（由BG1、BG2、单元及R12、R7、C4、C2、RP2组成）的BG1输入端，信号经放大后，使BG2集电极电位发生变化。从而改变充放电RC电路的R13、C5两端的电压，使发生变化。
1.5 附加线路
附加线路包括同步线路、调节器电源线路及并联运行调差线路。同步即单晶管输出脉冲与可控硅正向电压在时间上同步。电压调节器单晶管的同步信号通过D15从可控硅的阳极直接取得。调节器工作电源由变压器B、整流桥QL2、电阻R18、稳压管DW2、DW3组成，给单晶管、放大单元提供电源。DW2、DW3串联，形成两级稳压，是为了增大移相角度。并联运行调差线路由外部的电流互感器TA、变阻器RP构成。
2 调节整定
RP1为发电机整定电位器。RP1能使发电机空载电压在±5%额定电压的范围内调节并整定。RP1位置在调节器正面。RP2为最佳阻尼（即稳定度）整定电位器，调节并整定RP2能抑制发电机电压振荡，并能得到最佳瞬态指标。如调节RP2时，应从振荡调到正好不振荡（看电压表），再稍微调过头一点，以保持一定的稳定余量，如调得太多，虽稳定，但反应时间会加长，RP2位置在顶部。RP2一旦整定好，以后不必再进行调整。
对于只需单机运行的用户，须用导线短接7、8端子。对有并联运行要求的发电机，其端子出线（7、8）与开关屏的电流互感器H和调差电位器RP相连，电流互感器按下列原则选取，其电流比与开关屏电流互感器电流比一致，当发电机为额定电流时，互感器二次电流约为2.5～3.5 A，可采用5 VA的互感器。互感器的二次电流和方向应满足下述调节要求：当发电机单机在额定负载（COSφ=0.8滞后）时，使W4电阻值从0调到最大，发电机电压能从440 V下降到380 V以下。（如果发电机电压反而从440 V上升到460 V以上，请对换互感器二次端子的两跟接线）。必须强调，互感器必须接在V相。电压调节器端子（1、2、3）必须与发电机端子（U、V、W）相对应，否则并联调差将引起混乱。
3 故障判断
当调节器出现故障后，应首先检查元件有无损坏的现象和痕迹，确认损坏的应更换。调节器如需通电检查，发电机可用他励或用一台确认正常的调节器进行发电。被检查的调节器只与发电机的U、V、W三根引线相接，然后用示波器和万用表进行检查。
调节器在试运行和使用中常见故障有三种：
①不建压；②电压失控；③电压不稳定。
对于第一次或新更换的调节器，如出现上述三类故障，可检查是否由下列原因引起：
①连接到调节器端子上的引线是否正确，有无松动、脱落、断开等现象。
②发电机上的旋转整流器是否损坏。
③发电机的剩磁电压是否太低。
4 结 语
总之，AVR是影响发电机性能的关键部件，发电机出厂时都已调节好，用户一般不需要自己调节，以免影响整机性能。随着电力电子元器件特别是IGBT性能的提高和广泛运用于AVR，自动电压调节器的通用性和可靠性在不断提高，已经达到非常成熟的水平，不同厂家和型号的AVR在很大程度上都能互换。更换AVR时，电位器的位置可参考原来的AVR，如性能欠佳，可稍微调整，直到满意为止。
参考文献：
[1] 蔬松桂.控制系统可靠性分析[M].北京：科学出版社，1992.
[2] 王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.
[关键词] DSP；电压调节器；PID；电机
【中图分类号】 F407.6 【文献标识码】 A 【文章编号】 1007-4244（2013）03-146-2
一、绪论
（一）DSP简介
DSP处理器内置内存，含有三级指令，具有流水线执行指令，含有可察除RAM，不可察除ROM，指令执行效率高，具有多条指令执行功能。它接受模拟信号，如光和声音，将它们转化为数字信号，并实时地对大量数据进行数字技术处理，它内部具有这种特殊的功能使它更广泛地应用在音频领域、数字图片处理领域。
据资料显示，DSP作为数字控制领域的高端处理芯片，具有独特的内部结构，其耗电小，内置看门狗，具有复位电路，具有指令操作流水线功能，一周期能可以取指令、译指令。具有支持I/O功能和中断功能。
（二）MAX简介
二、系统硬件设计
据具体要求，本功能的硬件设计具体设计如下图2-1所示：
系统硬件设计的器件包括DSP，电机，24C01B EEPROM，MAX232，PC机，电压传感器。系统控制流程为两步，第一步通过PC机的串口调试助手直接控制DSP，并为DSP设置PID参数、设置给定电压值、设置闭环周期；第二部DSP通过程序设计，程序内设PID算法，通过传感器转回电压与设定电压比较，DSP根据差值去控制电机，这就构成我们所需要的功能设计。
（二）PID控制算法
经过上面层层推理的方法，对PID算法的透析并详细分析，因此本次功能设计采用增量式PID数学算法。
（三）数字滤波技术在此设计的应用
所谓的滤波器排除干扰，就是接受信号是正弦波、方波、或其他波形，当DSP在接受这些波形时，因受到这些相似波形的叠加或消弱，而变成另外一些信号源波形，从而引起接受波形的失真，紊乱的现象。由于随机误差的存在，导致硬件滤波只能测到较高频段的波长。经过上面的分析考虑本设计采用抗脉冲干扰平均值滤波法。
四、总结
通过上面的分析和设计，使得对DSP的串行通信及在数字电压调节器的应用有更深的了解，将为以后从事DSP设计得到帮助。
参考文献：
[1]刘和平.TMS320VC5402，DSP，C语言开发应用[M].北京：北京航天航空大学出版社，2003.
[2]苏奎峰，李强.TMS320F2812原理与开发[M].北京：电子工业出版社，2005.