高压静电油烟净化器设计

1、    高压静电油烟净化器设计    宋森森曾实现吉双章摘 要：设计了一款以stm32单片机为主控制器，以半桥逆变器为主电路的高压静电发生装置，装置还包括电源电路、电压检测电路、过流保护电路、mos管驱动电路。在功率变压器设计上，加入辅助绕组，通过辅助绕组隔离反馈变压器高压侧电压值，通过改变半桥逆变电路工作频率实现高压侧电压pi闭环调节，设计了通过死区时间控制的系统软起程序以及过流保护打嗝控制。关键词：半桥逆变器;高压静电;pi闭环控制;过流保护abstract：a high voltage static electricity generating d

2、evice with stm32 single chip microcomputer as the main controller and half bridge inverter as the main circuit is designed.the device also includes power circuit，voltage detection circuit，over-current protection circuit and mos tube driving circuit.in the design of the power transformer，the auxiliar

3、y winding is added，the voltage value of the high voltage side of the transformer is fed back through the isolation of the auxiliary winding，the pi closed-loop regulation of the high voltage side voltage is realized by changing the working frequency of the half bridge inverter circuit，the system soft

4、 start program controlled by the dead time and the belch control of the overcurrent protection are designed.key words：half bridge inverter;high voltage electrostatic;pi closed-loop control;over current protection國家大力倡导环保，但家庭生活、餐饮行业还有一些工业生产活动都会排放油烟、粉尘、含有化工材料的水蒸气等微小颗粒物。这加剧了空气污染，严重威胁人们的身体健康。环保部门强制上述行业安

5、装空气净化器，实现受污染的空气达标排放，减小对人体健康的威胁，因此设计了一款低成本高性能高压静电油烟净化器。1 硬件系统设计如图1所示，整个系统包括主控电路，半桥逆变主电路，半桥驱动电路，工频ac/dc电路，电压电流采样电路等。1.1 主控电路该设计以stm32f103为主控制器，stm32f103内核为arm32位的cortex-m3，最高72mhz的工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25dmips/mhz，具有单周期乘法和硬件除法，具有128k字节的闪存程序存储器容量，最大64k字节的sram，运算能力强，具有高级定时器tim1，可互补输出pwm信号，用来驱动半桥逆变电路，并且该

6、定时器可灵活插入死区时间，方便调节占空比，方便系统软起。1.2 半桥逆变主电路主电路拓扑采用半桥逆变电路，如图2所示，由两颗g20n50c mos管及两颗0.47uf cbb高压电容构成半桥结构，图中r7、r14为均衡电阻，同时起到断电后及时泄放直流侧滤波电容电荷的功能，c6为隔直电容。1.3 半桥驱动电路主控芯片输出互补的pwm波，通过推挽输出进行功率放大，mos管驱动电路如图3所示。脉冲变压器t1，匝比n1n2n3=1，在脉冲变压器t1一次侧产生三电平矩形波，脉冲变压器二次侧产生相位互查180°的两路三电平矩形波隔离驱动半桥电路两颗mos管g20n50c。1.4 工频交流输入侧e

7、mi电路为隔离电网干扰以及防止设备产生的谐波注入电网，设计了工频交流输入侧emi电路，如图4所示。emi滤波电路采用xc1、xc2两颗安规电容，取值范围为0.11.0f，故选取电容值为0.1f，电压取值为275v，用来抑制差模干扰。l1为共模电感，由漆包线在闭合磁环上对称绕制，绕制圈数相同，绕向相反，对共模信号产生较大的感抗，达到抑制共模干扰的效果。ntc1为热敏电阻型号5d-9，抑制浪涌电流，rv1为压敏电阻，型号14d471k，抑制浪涌电压。1.5 工频ac/dc工频ac/dc如图5所示，利用整流桥堆kbu1010将工频交流整流，后经电容滤波，得到脉动直流，电压在300v左右。图中r21为

8、泄放电阻，在掉电后，能较迅速泄放滤波电容c10储存的电荷，防止触电事故。1.6 电压电流采样电路利用高频电流互感器对交流侧高频交流电流进行检测，经过半波整流，接入采样电阻，然后进行限幅，连接到stm32单片机的ad引脚采样。电压检测采样原边反馈方式，即在功率升压变压器t2设置辅助绕组检测间接检测输出测电压，经过半波整流进一步滤波，分压限幅最终接入单片机ad引脚，实现电压值模数转换，在数字系统中实现电压闭环控制，如图6所示。2 软件系统设计2.1 电压pi闭环控制电压控制采用pi闭环控制，通过板载旋钮电位器设置给定电压，主控制器进行pi运算控制定时器pwm频率和死区时间，来控制功率变压器一次侧三

9、电平矩形波频率，实现二次侧电压的调整，控制流程如图7所示。2.2 过流保护控制过流保护控制流程如图8所示，高压静电油烟净化器本质是升压式开关电源，对于开关电源，过流保护功能尤为重要，除保险丝，热敏电阻等器件保护外，软件保护的优点是灵活，可控。本设计中采用打嗝控制，检测输出电流，与阈值电流比对，如果输出电流超限，则封锁pwm输出，半桥电路开关管停止工作。20s后恢复pwm输出，若此时输出不再过流，则过流保护解除，如果依然过流计数过留次数，过流次数计数到10次，永久封锁pwm输出，故障指示灯亮起。系统重新上电，单片机复位可解除封锁。3 结论经测试，该高压静电油烟净化器输出电压9-20kv可调、额定输出功率500w、开关频率25-60khz可调、工作环境温度-20-60。参考文献：1王燕滨，陈振水，王靖，李雅轩.高压静电捕获油烟装置原理及设计j.河北工业科技，2016.2陈楠.高压静电除尘控制系统的研究d.西安：西安工业大学，2015.3宋臻达.软开关在开关电源中的应用研究j.科技资讯，2016.4贾佳.关于高压大功率开关电源技术的探讨j.科技经济导刊，2017.5屈彪，张文超.基于dc/