CPLD在臭氧電源中的應用

摘要：利用壓控振蕩器CD4046和可編程邏輯器件EPM7128構成控制系統，通過調節逆變輸出脈沖的占空比和頻率，實現臭氧電源輸出電壓和頻率的調節，從而達到對臭氧電源輸出功率的調節。調試結果表明該系統滿足實時性和功耗的設計要求，易于維護和升級，具備較強的通用性。
關鍵詞：臭氧電源；復雜可編程邏輯器件(CPLD)；壓控振蕩器(VCO)；頻率調節；占空比調節

臭氧被喻為“綠色”消毒產品，在國內外得到廣泛應用。近年來，臭氧技術作為環保產業的重要組成部分，受到越來越多人的重視。相關產品已從飲用水處理系統拓展到污水處理、空氣凈化、家庭環境污染防治、醫療保健等領域。
臭氧發生器供電電源是臭氧發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生器效率的重要因素。發生器的結構、氣源和冷卻系統確定后，電源系統的性能與品質就成為影響發生器效率的關鍵。上世紀80年代后，半導體器件的發展使臭氧電源發生質的變化，逆變式電源成為臭氧發生電源的主要形式。在該類電源中，用整流器將工頻交流電整流成直流電，經逆變電路轉換為單相中高頻交變電，再經中高頻升壓變壓器升壓至發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體積小、電源效率高、臭氧產量大、可線性調節范圍寬、對電網污染小等優點。

1 系統硬件設計
在臭氧發生器供電電源的設計中，由于可控硅SCR在三相整流時產生的換流壓降對輸出電壓平均值和電壓波形都會產生嚴重影響。因此，在電源主回路的設計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很小，從而提高電源的穩定性和效率。
由于電源整流部分采用不可控的二極管進行整流，輸出電壓的調節就不能通過整流部分進行控制。因此，電源輸出電壓和頻率的調節就只能通過逆變部分進行調節，即通過對逆變觸發脈沖的占空比和頻率的控制從而達到對電源輸出電壓和頻率的調節，以滿足設計要求。下面重點討論如何進行占空比調節、頻率調節和軟啟動時間調節。
1．1 占空比調節單元
圖l為占空比調節電路。該電路是將調節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是一個電流控制振蕩器，對定時電容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VCO控制電壓為0 V時，其輸出頻率最低；當輸入控制電壓等于電源電壓VDD時，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內部通過對該脈沖信號的計數來控制逆變觸發脈沖的寬度，來調節觸發脈沖的占空比。