CN102570845B - 一种基于单片机的自动电压转换*** - Google Patents

一种基于单片机的自动电压转换*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单片机的自动电压转换***，包括控制单元、电源电路单元、变压器单元、电压采样单元、输出保护单元及电压切换单元，所述电源电路单元为整个电路提供适合的工作电压，所述电压采样单元和电压切换单元分别与控制单元相连，所述变压器单元与电压切换单元相连，所述输出保护单元的输入端与控制单元相连，输出保护单元的输出端与变压器单元相连；所述控制单元为基于单片机的控制***，把电压采样单元采集到的信号处理后控制电压切换单元及输出保护单元的动作；本产品不仅能实现电压的自动转换，还能对输入电压过高或者过低、变压器温度过高提供保护。

Description

一种基于单片机的自动电压转换***
技术领域
本发明涉及一种自动电压转换***，尤其是涉及一种基于单片机的自动电压转换***。
背景技术
随着全球化的不断深入，国际贸易、旅行、外派工作变得越来越普遍，而全球的市电包含110V、120V、220V、230V、240V截然不同的电压，这样会造成不同国家地区的用电设备不能直接接电使用，例如，巴基斯坦的工厂就不能够直接使用日本的印刷设备；或者当人们旅行或者出差到异地的时候，自己携带的用电设备，也很可能因与当地的用电环境不相配，而造成不能直接接电的问题。因此，就需要一个电压切换设备来实现用电设备与不同额度的供电电压的适配。
目前传统的电压的变换技术，是采用变压器匝比变换进行，但是该技术有一定不足之处，住要体现于变压器的抽头切换会产生一个潜在危险，具体的：
Vin／Vout＝Nin／Nout
Vin：输入电压
Vout：输出电压
Nin：输入匝数
Nout：输出匝数
如果输入电压为110V，要求输出电压是220V时，输入输出匝比应当为1比2。变压器的匝比固定1／2的情况下，假如用户错误将220V输入固定的线圈上，输出电压将会是440V。显然，如此高的电压势必会烧毁连接在输出端的用电设备。
目前常见的电器产品的额定输入电压范围为93V～127V或者190V～245V，如果不加以保护用电设备通常会被烧毁。而电网的电压是波动的，某些地区及时间段电压的波动范围高达100V，如此大的波动也很容易会造成用电设备的损坏。另外，如果是110V输入需要转换成220V输出时，波动会被放大两倍，更加容易损坏用电设备。
此外，当电压降低时，加载在变压器线圈上的电流增大。如若没有保护装置，长时间在低电压工作的变压器同样容易被烧毁甚至引起火灾。
而对于产品来说，友好的用户界面是产品设计的一个重要方面，让用户直观了解产品的即时状态及变化趋势是客户放心使用产品的一个总要因素。
根据上述情况，需要对现有的自动电压转换***进行改进，以克服至少一种上述缺点。针对如何自动转换电压、进行高低电压保护、变压器过温保护及易读的用户界面，本发明设计了一套方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种能够自动转换电压、进行高低电压保护及变压器过温保护的基于单片机的自动电压转换***。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于单片机的自动电压转换***，包括控制单元、电源电路单元、变压器单元、电压采样单元及电压切换单元，所述电源电路单元为整个电路提供适合的工作电压，所述电压采样单元和电压切换单元分别与控制单元相连，所述变压器单元与电压切换单元相连，其特征在于：
还包括输出保护单元，所述输出保护单元的输入端与控制单元相连，输出保护单元的输出端与变压器单元相连；
所述控制单元为基于单片机的控制***，把电压采样单元采集到的信号处理后控制电压切换单元及输出保护单元的动作。
作为上述方案的进一步改进，还包括一变压器温度采样单元，所述变压器温度采样单元的信号输出端与控制单元相连，变压器温度采样单元的信号输入端与设置在变压器单元的温控器相连。
作为上述方案的进一步改进，还包括一LED显示单元，所述LED显示单元与控制单元相连。
进一步，所述电源电路单元包括主要由第一、第二三极管及第一继电器组成的选择电路、全桥整流电路、稳压集成电路和滤波电路，所述选择电路通过全桥整流电路与稳压集成电路的输入端相连，所述滤波电路连接在稳压集成电路的输出端，所述稳压集成电路的输出端与控制单元的电源端相连。
进一步，所述输出保护单元主要包括第三三极管、第二、第三继电器，所述第三三极管的基极通过一电阻与控制单元U1相连，所述第三三极管的集电极分别与第二、第三继电器相连，第三三极管的发射极直接接地。
进一步，所述电压采样单元包括依次串联的第一分压电阻、整流二极管、第二分压电阻及滑变电阻，所述整流二极管与第二分压电阻的连接处为采样节点，所述采样节点与控制单元的采样端口连接。
作为上述方案的进一步改进，所述采样节点处还连接有两条支路，第一支路通过一齐纳二极管接地，用于钳位电压；第二支路通过一滤波电容接地，起到保护作用。
本发明的有益效果是：本发明自动电压转换***采用单片机作为主机进行控制，结合***的电压、温度采样电路，电压切换电路及输出保护电路实现电压的自动转换，避免了人为误操作给用电设备带来的损坏；此外单片机控制单元还可以根据采集电路采集的电压、温度信号作出处理后通过控制输出保护电路的通断来保护电压与用电设备的接通与分断，从而避免了过高、过低电压即变压器温度过高给设备带的损害；此外本***还设置有LED显示单元，可以让用户直观了解产品的即时状态及变化趋势，使客户对产品使用更加放心。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得的其他设计方案和附图：
图1为本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明实施例一种基于单片机的自动电压转换***的电路原理图，图中O/22接220V输出，T/22接变压器220V抽头，IN/L接市电输入火线，T/11接变压器110V抽头，O/11接110V输出。本***包括控制单元U1、电源电路单元SE1、变压器单元、电压采样单元SE2、电压切换单元SE3、输出保护单元SE4、变压器温度采样单元SE5及LED显示单元SE6，所述电源电路单元SE1为整个电路提供适合的工作电压，所述电压采样单元SE2、电压切换单元SE3、输出保护单元SE4和变压器温度采样单元SE5分别与控制单元U1相连，所述变压器单元与电压切换单元SE3相连，所述输出保护单元SE4的输出端与变压器单元相连，所述控制单元U1为基于单片机的控制***，把电压采样单元SE2采集到的信号处理后控制电压切换单元SE3及输出保护单元SE4的动作。
上述电源电路单元SE1包括主要由第一、第二三极管Q1、Q2及第一继电器RL1组成的选择电路、全桥整流电路、稳压集成电路和滤波电路，所述选择电路通过全桥整流电路与稳压集成电路的输入端相连，所述滤波电路连接在稳压集成电路的输出端，所述稳压集成电路的输出端与控制单元U1的电源端相连；当工作电源电压过高时第一三极管Q1导通使第一继电器RL1吸合，工作电源切换到电压较低电源组。相反地，工作电源电压过低时，第一三极管Q1截止，第一继电器RL1释放，工作电源切换到电压较高电源组。电源组经过全桥整流电路和电容滤波电路，稳压集成电路后输出+5VDC，为单片机提供稳定工作电压。
上述电压采样单元SE2包括依次串联的第一分压电阻R13、整流二极管D1、第二分压电阻R14及滑变电阻VR1，所述整流二极管D1与第二分压电阻R14的连接处为采样节点A，所述采样节点A与控制单元U1的采样端口连接；所述采样节点A处还连接有另外两条支路，第一支路通过一齐纳二极管DZ3接地，用于钳位电压；第二支路通过一滤波电容接地，起到保护作用。
上述电压切换单元SE3主要包括第四三极管Q4和第四继电器RL4；上述输出保护单元SE4主要包括第三三极管Q3、第二、第三继电器RL2、RL3，所述第三三极管Q3的基极通过一电阻与控制单元U1相连，所述第三三极管Q3的集电极分别与第二、第三继电器RL2、RL3相连，第三三极管Q3的发射极直接接地；单片机根据采样电压值来控制Q3 和Q4启动相应的工作模式；变压器温度采样单元SE5，所述变压器温度采样单元SE5的信号输出端与控制单元U1相连，变压器温度采样单元SE5的信号输入端与设置在变压器单元的温控器相连。
在本实施例中单片机根据电压的大小和***工作的电压预设了4种工作模式：
A、***正常工作时，第三三极管Q3接通同时驱动第二、第三继电器RL2、RL3吸合，此时如果输入电压低于125V，***会自动默认额定电压为110V，此时第四三极管Q4接通同时驱动第四继电器RL4与变压器T11抽头连接的触点吸合，输入电压从T11抽头进入变压器；
B、当输入电压高于130V时，***会自动默认额定电压为220V，此时第四三极管Q4截止同时第四继电器RL4与变压器T22抽头连接的触点吸合，输入电压从T22抽头进入变压器；
C、当110V***正在工作并且输入电压往上调整至125V时，高压保护被激活，此时第三三极管Q3截止同时控制第二、第三继电器RL2、RL3断开，输出被终止。如果电压继续向上，则切换至220V***；
D、当220V***正在工作并且输入电压往下调整至160V，低压保护被激活，此时第三三极管Q3截止同时控制第二、第三继电器RL2、RL3断开，输出被终止。如果电压继续向下，则切换至110V***；
E、当控制单元U1接收到的采样温度过高时，变压器高温保护被激活，此时第三三极管Q3截止同时控制第二、第三继电器RL2、RL3断开，输出被终止。
进一步，上述LED显示单元SE6与控制单元U1相连，能够即时侦测输入、输出电压及工作状态并同步显示。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种基于单片机的自动电压转换***，包括控制单元（U1）、电源电路单元（SE1）、变压器单元、电压采样单元（SE2）及电压切换单元（SE3），所述电源电路单元（SE1）为整个电路提供适合的工作电压，所述电压采样单元（SE2）和电压切换单元（SE3）分别与控制单元（U1）相连，所述变压器单元与电压切换单元（SE3）相连，还包括输出保护单元（SE4），所述输出保护单元（SE4）的输入端与控制单元（U1）相连，输出保护单元（SE4）的输出端与变压器单元相连；所述控制单元（U1）为基于单片机的控制***，把电压采样单元（SE2）采集到的信号处理后控制电压切换单元（SE3）及输出保护单元（SE4）的动作，其特征在于：所述输出保护单元（SE4）主要包括第三三极管（Q3）、第二、第三继电器（RL2、RL3），所述第三三极管（Q3）的基极通过一电阻与控制单元（U1）相连，所述第三三极管（Q3）的集电极分别与第二、第三继电器（RL2、RL3）相连，第三三极管（Q3）的发射极直接接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的自动电压转换***，其特征在于：还包括一变压器温度采样单元（SE5），所述变压器温度采样单元（SE5）的信号输出端与控制单元（U1）相连，变压器温度采样单元（SE5）的信号输入端与设置在变压器单元的温控器相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的自动电压转换***，其特征在于：还包括一LED显示单元（SE6），所述LED显示单元（SE6）与控制单元（U1）相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的自动电压转换***，其特征在于：所述电源电路单元（SE1）包括主要由第一、第二三极管（Q1、Q2）及第一继电器（RL1）组成的选择电路、全桥整流电路、稳压集成电路和滤波电路，所述选择电路通过全桥整流电路与稳压集成电路的输入端相连，所述滤波电路连接在稳压集成电路的输出端，所述稳压集成电路的输出端与控制单元（U1）的电源端相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的自动电压转换***，其特征在于：所述电压采样单元（SE2）包括依次串联的第一分压电阻（R13）、整流二极管（D1）、第二分压电阻（R14）及滑变电阻（VR1），所述整流二极管（D1）与第二分压电阻（R14）的连接处为采样节点（A），所述采样节点（A）与控制单元（U1）的采样端口连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于单片机的自动电压转换***，其特征在于：所述采样节点（A）处还连接有两条支路，第一支路通过一齐纳二极管（DZ3）接地，用于钳位电压；第二支路通过一滤波电容接地，起到保护作用。
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Date of cancellation: 20190926

Granted publication date: 20140416

Pledgee: China Co truction Bank Corp Zhongshan branch

Pledgor: Guangdong Ma Xun electrical appliance Co., Ltd.

Registration number: 2018440020042

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: An automatic voltage conversion system based on single chip microcomputer

Effective date of registration: 20210421

Granted publication date: 20140416

Pledgee: Science and Technology Branch of Torch Development Zone of Zhongshan Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: Staba Electric Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980002871