利用智能同步器实现电力分配系统的稳定电压和频率
前言：一种通过监测、控制和提供基于高低电压和频率跳闸机制的分布式电能监测系统的机会，以避免对负载造成任何损害。所设计的系统包括开关模式电源(SMPS)、直接数字合成器(DDS)和PIC16F876A微控制器技术，用于稳定的电压和频率输出。
采用Proteus设计套件8.11版本软件和Benchcope SDS1102CN进行建模和仿真。硬件原型在电信基站实施以进行数据采集和分析，该原型的实施提供了稳定和恒定的222 V/50 Hz和112 V/60 Hz输出，分别对应电压和频率性能的99%和99.8%的效率。还讨论了系统可以采用的不同技术，以减轻电压和频率对客户设备的影响。
电力分配系统中与电压和频率不稳定性相关的问题，通过利用现代技术以更高效的方式提供电力并响应各种条件和事件，需要一种智能电压和频率同步器来优化供应电压和频率，使其从较低或较高的水平调整到正常的220/110VAC和50 Hz/60 Hz。
在广泛的频率范围内，直接数字合成(DDS)是一种精确的频率生成方法。它是一种产生时变数字信号的方法，然后将其转换为模拟正弦波形，以固定间隔采集波形参考的瞬时电压样本，将其数字化并存储在微控制器的内存中。
为了重现波形，从微控制器的内存中读取数字化的电压样本，并以其原始采样频率馈送给DAC。DAC的输出经过滤波以产生原始波形。本文使用微控制器的双PWM模块作为DAC。PWM模块将生成占空比由一个值设置的方波。首先需要确定波形、采样点数和采样间隔。使用了半周期正弦波。
采用的是基于微控制器的方法，微控制器PIC16F876A具有内置的PWM模块，通过编程和配置与PWM硬件模块相关的寄存器来设置。微控制器生成脉冲宽度信号，然后采用数字逻辑创建相移，用于驱动H桥的所有输入。这种基于微控制器的方法能够实现脉宽调制，并通过相移控制来实现智能电力电压和频率同步器的设计与实现。
不稳定的交流电压在100V AC - 270V AC的范围内进入系统。通过使用电磁干扰（EMI）滤波器和暂态抑制器，可以最大限度地减少系统内外的EMI噪声。经过二极管整流器将交流电压转换为直流，并通过电解电容进行滤波。得到的输出电压范围为141V到381V的直流电。通过过压和过流感应保护电路，将输出电压馈送到DC-DC转换器。
当电流和电压超出范围时，保护电路将关闭系统，并向DC-DC转换器提供反馈，以实现闭环操作。DC-DC转换器的输出是一个干净的325V直流电源。该直流电源与基于高压MOSFET的H桥电路相连接。H桥MOSFET配置用于通过脉宽调制（PWM）将高压直流转换为交流电。微控制器负责生成适当的PWM信号来驱动H桥。
微控制器使用直接数字合成（DDS）来生成脉宽调制正弦波信号，该信号在频率上非常稳定且具有固定的幅度。使用组合逻辑从微控制器生成的PWM信号中导出互补驱动信号。互补驱动信号被馈送到H桥MOSFET驱动器，它们缓冲信号以驱动H桥MOSFET。H桥的电压输出经过单极LC滤波器，去除所有高频噪声，提供干净稳定的电压输出，用于供电设备和负载。
实际电路中来自微控制器用于通过IR2110 MOSFET驱动器驱动上MOSFET的方波信号A和B。H桥的输出仍然是一个方波，尽管是交替的。为了得到一个干净的正弦波，使用了LC滤波器。由于仿真限制，仿真中使用了一个RC低通滤波器。得到的输出波形。
从仿真结果可以看出，当SW1闭合时，液晶显示屏显示了指定的输出和输入主电压和频率，分别为110V、60Hz。驱动信号馈送到H桥的MOSFET的栅极上。
结论：当微控制器的方波信号通过IR2110 MOSFET驱动器驱动MOSFET时，输出的H桥仍然是一个方波，尽管是交替的。为了得到一个干净的正弦波，使用了LC滤波器。由于仿真限制，仿真中使用了一个RC低通滤波器。得到的输出波形。
