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(jì)80年代后,，半導(dǎo)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(diǎn),。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　在臭氧發(fā)生器供電電源的設(shè)計(jì)中,，由于可控硅SCR在三相整流時(shí)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(yán)重影響。因此,，在電源主回路的設(shè)計(jì)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(dòng)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(jìn)行整流,，輸出電壓的調(diào)節(jié)就不能通過整流部分進(jìn)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(jìn)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(dá)到對電源輸出電壓和頻率的調(diào)節(jié)，以滿足設(shè)計(jì)要求,。下面重點(diǎn)討論如何進(jìn)行占空比調(diào)節(jié),、頻率調(diào)節(jié)和軟啟動(dòng)時(shí)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(gè)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(gè)電流控制振蕩器,，對定時(shí)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(dāng)VCO控制電壓為0 V時(shí),，其輸出頻率最低,；當(dāng)輸入控制電壓等于電源電壓VDD時(shí)，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(jì)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。


1．2軟啟動(dòng)時(shí)間的調(diào)節(jié)單元

　　圖2為軟啟動(dòng)時(shí)間調(diào)節(jié)電路,。該電路單元是將調(diào)節(jié)器輸出信號作為電壓比較器LM339的輸入信號,，此信號是一個(gè)在0～5 V之間變化的直流電壓信號(即INPUT信號)。按照設(shè)計(jì)要求,，LM339的引腳6給定電壓為1 V,，當(dāng)INPUT信號的電壓大于l V時(shí)，LM339的引腳l通過上拉電阻輸出一個(gè)高電平作為啟動(dòng)信號送入CPLD,。在CPLD內(nèi)部通過調(diào)節(jié)外部的撥段開關(guān)控制比較器的輸出,，從而控制軟啟動(dòng)的時(shí)間。


1．3頻率調(diào)節(jié)單元

圖3為頻率調(diào)節(jié)電路,。通過調(diào)節(jié)CD4046外接電位器POTll,，控制VCO輸出脈沖的頻率，根據(jù)設(shè)計(jì)要求,，該電路將輸出一個(gè)變化范圍在1～6 kHz之間的脈沖信號PLS，將該信號作為CPLD的輸入信號,。在CPLD內(nèi)部通過計(jì)數(shù)延時(shí)和占空比設(shè)計(jì)要求,，最終輸出一個(gè)頻率在400～3 000 Hz之間符合占空比要求的逆變觸發(fā)信號，并可通過POT11調(diào)節(jié)該信號的頻率,。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計(jì)的,，基于EPM7128的軟件程序設(shè)計(jì)分為：輸出脈沖占空比調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié),、軟啟動(dòng)時(shí)間調(diào)節(jié)和過壓過流報(bào)警,。開發(fā)系統(tǒng)使用VHDL語言進(jìn)行模塊化編程，這樣可以提高程序的移植性，縮短開發(fā)周期,，降低開發(fā)成本,。而且易于維護(hù)系統(tǒng)軟件，提高可靠性,。圖4是輸出的兩路PWM脈沖仿真波形,，其中GCLK是一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘源，CLKl和CLK2分別是經(jīng)VCO轉(zhuǎn)換的頻率調(diào)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)信號,，SET和SOFT分別是2個(gè)外接的4位占空比調(diào)節(jié)和軟啟動(dòng)調(diào)節(jié)撥段開關(guān),。


3 結(jié)束語

　　介紹了基于CPLD的臭氧電源控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。數(shù)字電路在電源控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得該系統(tǒng)的可靠性增強(qiáng),、功能更加完善,，該控制系統(tǒng)只需調(diào)節(jié)外接的2個(gè)撥段開關(guān)就可實(shí)現(xiàn)對輸出脈沖的占空比調(diào)節(jié)和對軟啟動(dòng)時(shí)間的控制，從而使電源控制更方便和靈活,。通過調(diào)試工業(yè)現(xiàn)場,，該控制系統(tǒng)能完全滿足對中頻臭氧電源的控制，而且具有抗干擾能力強(qiáng),、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),，具有廣泛的應(yīng)用前景。