摘要：本设计采用单片机实现过零检测，通过延时控制可控硅导通角的方式来实现功率的无级调控。同时具有数码显示、功率任意设置和定时开关等功能。

　　关键词：导通角；可控硅延时开关；过零检测；无级调控；定时开关

引言

　　目前，绝大多数阻性(主要依靠电阻发热工作的电器)大功率家电的功率调节一般是包含在产品内部的、由机械开关分档(强、弱)调节的装置，基于二极管的单向导通特性，容易实现半功率和全功率两档，不能进行无级调节，功能有限，在很多场合不能满足使用需求。也有通过控制可控硅导通角度进行调节的，但没有使用单片机控制，也没有数码显示，功能相对较弱，使用不方便。特别是没有外置的通用型功率调控装置。

　　本设计提供了一种通用的外置功率调控装置，能够高精度、线性地调节功率，还可定时开关，并具有数码显示功能，从而克服了上述功率调节中存在的问题。

系统总体设计

　　该设计主要由过零采样、按键输入、单片机控制、数码显示和可控硅功率控制模块组成。

　　总体设计思想为，对50hz的交流电信号进行过零采样后，由单片机检测过零点，并触发单片机内部定时器，执行延时程序。延时长短由外部按键输入设定，不同的延时使可控硅在不同的角度导通，实现不同的功率输出，由于延时变量可以达到很高的精度，从而实现了功率的精细调控。

过零检测模块

　　220v市电通过9v双抽头同芯工频变压器降压后进行交流取样，同时还为单片机系统供电，并提供给运算放大器ne5532工作所需的正负电压。过零检测电路的工作过程是：ne5532反相端接地，同相端接变压器次级50hz无相移的取样交流信号，经开环放大后，通过限流电阻r1和5v稳压二极管d1限幅整形后，输出满足单片机i/o输入要求的ttl信号。该ttl信号在市电过零点翻转，上升沿、下降沿处为过零点。

可控硅功率控制电路

　　采用大功率的双向可控硅对220v交流市电进行控制，其工作状态相当于一个无触点的的高效开关。

　　双向可控硅有第一阳极a1(t1)，第二阳极a2(t2)和控制极g三个引脚。

　　无论所加电压的极性是正向还是反向，只要控制极g和第一阳极a1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通，呈低阻状态。此时，a1、a2间压降约1v。双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。只有当a1、a2电流减小，小于维持电流或a1、a2间电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截止，此时，只有重新加触发电压方可导通。

单片机控制系统

　　单片机控制系统主要完成对过零ttl信号的检测、键值识别、延时调控可控硅、显示输出和定时开关控制这5项任务。

　　本系统采用avr单片机atmega8，其内部带有多通道的10位adc和低温漂的内部能隙基准，可以满足高精度的设计要求；两个8位、一个16位的定时器，除了可以进行普通的定时、计数外，还具有比较匹配、捕捉、rtc等功能，高精度可校准的片内rc振荡时钟在减低成本的同时，满足了时钟精度要求，实现精确定时开关。

　　其控制工作过程如图1所示，单片机检测到零点后，启动定时器，定时延迟结束后，在k点开启可控硅，之后，可控硅在g点自动关断，其中，延迟由外部按键输入设定。

图1 单片机控制工作过程

按键输入

　　为了使设计更加实用方便,更具有人性化的交互性,按键输入界面由5个按键和若干电阻构成。按键采用电阻分压，利用不同按键输入不同电压值，依靠a/d转换得到键值。

显示模块

　　显示模块由led七段数码管和两个发光二极管构成。七段数码管显示当前功率百分比值，发光二极管指示当前工作模式，数码显示采用动态扫描的方式，使得电路简单。

硬件电路

　　系统硬件电路主要由过零采样模块、按键输入模块、单片机、数码显示、可控硅功率控制电路几部分组成，单片机i/o输入端与过零检测电路输出端和按键输出端相连，单片机i/o输出端与可控硅电路、数码显示电路相连。

　　图2是本设计的模拟部分硬件电路图，包括电源、过零采样和可控硅接口电路。220v市电由外接电源插头输入，串联可控硅电路后，外接扩展电源接线板输出。同时，经220v-9v×2变压器降压、整流、滤波后，提供本系统所需的低压电源，包括±9v和+5v电源，+5v是经过7805稳压后得到的，为单片机系统供电。过零采样电路由运算放大器ne5532反相端接地，同相端接变压器次级50hz交流信号，经开环放大、整形后输出满足单片机i/o输入要求的ttl信号。图2中与输入插头、输出接线板相连的导线加粗，表示需承载大电流通过，串联其中的保险管，以保证输出电路短路