基于PSOC 3的移相控制器的設計與實現，含電路圖

摘 要：

介紹以CYPRESS產品為核心的基于PSOC 3的移相控制器的設計與實現。本設計采用PSOC技術，使用CapSense作為控制信號的輸入，通過PSOC進行數字調相，實現對功率的調整。并提供按鍵輸入信號，以滿足用戶的不同的應用要求。

引 言：

工業(yè)領域中功率調整一般采用可控硅移相控制的方法，通過改變交流電的初始相位（導通角）來控制電源對負載的輸出功率。這種電路多使用電位器，因此就不可避免的具有電位器的缺陷：機械磨損、摩擦噪聲等。本設計采用PSOC技術，使用PSOC CapSense和按鍵作為控制信號的輸入，通過PSOC進行數字調相，避免了電位器調整的缺陷。

PSOC 簡 述

PSoC是Cypress半導體有限公司生產的的可編程片上系統(tǒng)芯片。它主要由8位微處理器，可編程模擬模塊和數字模塊，外加可編程恒流源(IDAC). I2C，Flash, SRAM等周邊外圍模塊組成，如圖1所示。

圖1 PSoC的功能框圖

因此，PSoC除了能實現一般MCU的功能外，還可通過可編程模擬和數字模塊靈活地實現嵌入式系統(tǒng)所需的模擬與數字外圍功能。為了方便用戶簡單而快速地實現模擬數字外圍功能的設計，Cypress基于可編程數字模擬模塊構建了大量的用戶模塊，如可編程運算放大器，比較器，6至14位的模數和數模轉換器，濾波器，8/16 /24/32位定時器/計數器，脈寬調制器，觸摸感應等模塊。這些用戶模塊將PSoC內部的寄存器配置，數字模塊和模擬模塊之間的內部連線，底層API(Application Program Interface, 應用程序接口)函數都已設計好了。當用戶需要某個數字模擬外圍功能時，只需要簡單地調用相應的用戶模塊即可實現。

1、系統(tǒng)原理

交流電與PSOC之間采用光電耦合進行隔離，通過光電耦合將交流電的過零點檢測信號送給PSOC，采用中斷方式以實現交流電每個周期的同步，根據過零信號使用PSOC內部定時器確定初始相位，給出控制觸發(fā)脈沖，來完成輸出交流電相位的控制從而實現功率的調整。移相的角度等相關信息通過諾基亞5110液晶進行顯示。圖一為主電路結構圖。

圖1. 主電路結構框圖

2、方案設計

2.1方案一

采用交流控制系統(tǒng)的專用集成電路，該類芯片多采用CMOS工藝制造，與外部交流脈沖同步的可控硅移相觸發(fā)電路。提供多種控制方式以滿足用戶不同的應用要求，移相角度0～180度。但使用集成芯片會增加外部器件成本，容易損壞，擴展性低。

2.2方案二

程序控制調相，通過CPU外圍檢測電路檢測交流電的過零點，經CPU處理后給出精確的同步觸發(fā)脈沖，調整交流電的初始相位。其調整靈活、精度高、且容易實現閉環(huán)控制，擴展性強。

3．過零檢測同步信號設計

要實現功率的調整，本設計采用移相控制技術，需要檢測交流電的過零點觸發(fā)信號。220V交流電首先通過電阻分壓，由光電耦合檢測出過零脈沖，并送至PSOC的IO端口，通過該端口上的中斷來快速響應同步信號，再由PSOC給出信號，使220V輸出電壓的每個導通角的導通時間是從零電壓開始計算的，導通時間不一樣，導通角度的大小就不一樣，從而輸出功率就不一樣。導通時間由PSOC定時器實現，中斷檢測定時時間到信號。圖2.為過零檢測和可控硅控制電路，圖3.為信號輸入輸出波形。

圖2. 過零檢測和可控硅控制電路

圖3. 信號輸入輸出波形圖

4. PSOC實現設計的優(yōu)勢

本設計采用了PSOC的 CapSense模塊，內部時鐘定時器，中斷，IO口。根據設計的需要較好地利用了PSOC的CapSense模塊，若將本設計拓展做成閉環(huán)回路，增加AD采集，則能更好地應用了PSOC產品的優(yōu)勢：MCU、數字模塊、模擬模塊等集成在一塊。另外，PSOC與液晶顯示的通信采用IO口模擬SPI的方式，如果使用內部SPI模塊則能提高系統(tǒng)擴展性與靈活性，及內部程序設計更為簡單。

5. 結 論

本設計實現了通過移相控制達到了功率的調整。該設計可廣泛應用在工業(yè)控制中，比如恒流、恒壓、交流調壓等電路，以及攝影閃光燈充電控制，造型燈亮度，大小功率交流電加熱恒溫控制等電路中，能實現全數控精密的調整效果。本設計采用PSOC技術，使用 CapSense作為控制信號的輸入，通過PSOC進行數字調相，實現輸出功率的靈活調整。設計中應用了 CapSense電容感應模塊，很好地實現了控制信號輸入的調整，相對按鍵輸入而已，有便于操作、方便快捷的優(yōu)點。