摘 要：

介紹以CYPRESS產品為核心的基于PSOC 3的移相控制器的設計與實現。本設計采用PSOC技術，使用CapSense作為控制信號的輸入，通過PSOC進行數字調相，實現對功率的調整。并提供按鍵輸入信號，以滿足用戶的不同的應用要求。

引 言：

工業領域中功率調整一般采用可控硅移相控制的方法，通過改變交流電的初始相位（導通角）來控制電源對負載的輸出功率。這種電路多使用電位器，因此就不可避免的具有電位器的缺陷：機械磨損、摩擦噪聲等。本設計采用PSOC技術，使用PSOC CapSense和按鍵作為控制信號的輸入，通過PSOC進行數字調相，避免了電位器調整的缺陷。

PSOC 簡 述

PSoC是Cypress半導體有限公司生產的的可編程片上系統芯片。它主要由8位微處理器，可編程模擬模塊和數字模塊，外加可編程恒流源(IDAC). I2C，Flash, SRAM等周邊外圍模塊組成，如圖1所示。

圖1 PSoC的功能框圖

因此，PSoC除了能實現一般MCU的功能外，還可通過可編程模擬和數字模塊靈活地實現嵌入式系統所需的模擬與數字外圍功能。為了方便用戶簡單而快速地實現模擬數字外圍功能的設計，Cypress基于可編程數字模擬模塊構建了大量的用戶模塊，如可編程運算放大器，比較器，6至14位的模數和數模轉換器，濾波器，8/16 /24/32位定時器/計數器，脈寬調制器，觸摸感應等模塊。這些用戶模塊將PSoC內部的寄存器配置，數字模塊和模擬模塊之間的內部連線，底層API(Application Program Interface, 應用程序接口)函數都已設計好了。當用戶需要某個數字模擬外圍功能時，只需要簡單地調用相應的用戶模塊即可實現。

1、系統原理

交流電與PSOC之間采用光電耦合進行隔離，通過光電耦合將交流電的過零點檢測信號送給PSOC，采用中斷方式以實現交流電每個周期的同步，根據過零信號使用PSOC內部定時器確定初始相位，給出控制觸發脈沖，來完成輸出交流電相位的控制從而實現功率的調整。移相的角度等相關信息通過諾基亞5110液晶進行顯示。圖一為主電路結構圖。

圖1. 主電路結構框圖

2、方案設計

2.1方案一

采用交流控制系統的專用集成電路，該類芯片多采用CMOS工藝制造，與外部交流脈沖同步的可控硅移相觸發電路。提供多種控制方式以滿足用戶不同的應用要求，移相角度0～180度。但使用集成芯片會增加外部器件成本，容易損壞，擴展性低。

2.2方案二

程序控制調相，通過CPU外圍檢測電路檢測交流電的過零點，經CPU處理后給出精確的同步觸發脈沖，調整交流電的初始相位。其調整靈活、精度高、且容易實現閉環控制，擴展性強。

3．過零檢測同步信號設計

要實現功率的調整，本設計采用移相控制技術，需要檢測交流電的過零點觸發信號。220V交流電首先通過電阻分壓，由光電耦合檢測出過零脈沖，并送至PSOC的IO端口，通過該端口上的中斷來快速響應同步信號，再由PSOC給出信號，使220V輸出電壓的每個導通角的導通時間是從零電壓開始計算的，導通時間不一樣，導通角度的大小就不一樣，從而輸出功率就不一樣。導通時間由PSOC定時器實現，中斷檢測定時時間到信號。圖2.為過零檢測和可控硅控制電路，圖3.為信號輸入輸出波形。

圖2. 過零檢測和可控硅控制電路

圖3. 信號輸入輸出波形圖

4. PSOC實現設計的優勢

本設計采用了PSOC的 CapSense模塊，內部時鐘定時器，中斷，IO口。根據設計的需要較好地利用了PSOC的CapSense模塊，若將本設計拓展做成閉環回路，增加AD采集，則能更好地應用了PSOC產品的優勢：MCU、數字模塊、模擬模塊等集成在一塊。另外，PSOC與液晶顯示的通信采用IO口模擬SPI的方式，如果使用內部SPI模塊則能提高系統擴展性與靈活性，及內部程序設計更為簡單。

5. 結 論

本設計實現了通過移相控制達到了功率的調整。該設計可廣泛應用在工業控制中，比如恒流、恒壓、交流調壓等電路，以及攝影閃光燈充電控制，造型燈亮度，大小功率交流電加熱恒溫控制等電路中，能實現全數控精密的調整效果。本設計采用PSOC技術，使用 CapSense作為控制信號的輸入，通過PSOC進行數字調相，實現輸出功率的靈活調整。設計中應用了 CapSense電容感應模塊，很好地實現了控制信號輸入的調整，相對按鍵輸入而已，有便于操作、方便快捷的優點。