500W單相逆變電源

1、2011屆畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書一、 課題名稱：500W單相逆變電源二、指導(dǎo)教師：三、設(shè)計內(nèi)容與要求1、 課題概述單相逆變電源是將直流電逆變成單相交流電，可將車載蓄電池逆變成交流電為用電器提供交流電，也可作為計算機的UPS電源。該單相逆變電源先將直流電通過輸入逆變電路逆變成交流電，然后用高頻變壓器升壓；升壓后的交流電整流后再通過輸出逆變電路進行SPWM調(diào)節(jié)，使輸出為工頻220V正弦波電壓。輸入逆變電路控制采用專用芯片，輸出逆變電路SPWM控制及逆變電源的各種保護采用單片機控制。當(dāng)蓄電池的電壓過高或過低時逆變電源將停止工作并燈光指示報警，保護逆變電源和蓄電池；當(dāng)蓄電池的電壓在正常范圍內(nèi)波動時，輸出電壓不

2、變；當(dāng)輸出電流過大時，單片機將停止SPWM輸出，保護電源的器件。2、 設(shè)計內(nèi)容與要求設(shè)計內(nèi)容：（1）逆變電源的輸入逆變主電路的設(shè)計；（2）逆變電源的輸出逆變主電路的設(shè)計；（3）MOSFET器件的選擇及驅(qū)動與保護電路設(shè)計；（4）PWM控制電路的設(shè)計；（5）電流及電壓檢測電路；（6）單片機控制電路及程序編寫（流程圖）；（7）其它輔助保護功能等設(shè)計。設(shè)計要求：（1）畫出系統(tǒng)各環(huán)節(jié)電路圖；（2）系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的原理介紹；（3）系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的元件參數(shù)計算及選擇；（4）元件明細(xì)表；（5）程序流程圖。四、設(shè)計參考書1、新型半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用實例 電子工業(yè)出版社2、現(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用 科學(xué)出版社3、新型開關(guān)電源設(shè)

3、計與應(yīng)用 科學(xué)出版社 4、電子變壓器手冊 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社5、半導(dǎo)體變流技術(shù) 機械工業(yè)出版社6、電力電子設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用手冊 機械工業(yè)出版社 7、基于C語言編程MCS-51單片機原理及應(yīng)用 清華大學(xué)版社8、自動檢測技術(shù) 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院9、相關(guān)網(wǎng)站五、設(shè)計說明書要求1、 封面2、 目錄3、 內(nèi)容摘要(200400字左右，中英文)4、 引言5、 正文（設(shè)計方案比較與選擇，設(shè)計方案原理、計算、分析、論證，設(shè)計結(jié)果的說明及特點）6、 結(jié)束語7、 附錄(參考文獻、圖紙、材料清單等)六、畢業(yè)設(shè)計進程安排(小四、宋體)12周：布置任務(wù)，弄懂設(shè)計要求及原理。34周：鎮(zhèn)流器整流主電路的設(shè)計，逆變主電路的設(shè)

4、計，MOSFET驅(qū)動保護設(shè)計。58周：分析控制電路的工作原理，設(shè)計硬件系統(tǒng)，畫出硬件電路。910周：全面整理書寫畢業(yè)論文10周：寫出畢業(yè)答辯提綱，進行畢業(yè)答辯。七、畢業(yè)設(shè)計答辯及論文要求(小四、宋體)1、畢業(yè)設(shè)計答辯要求答辯前三天，每個學(xué)生應(yīng)按時將畢業(yè)設(shè)計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。學(xué)生答辯時對自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻、設(shè)計的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識、設(shè)計與計算方法、實驗方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨立工作能力、創(chuàng)新能力

5、。2、畢業(yè)設(shè)計論文要求文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。圖紙要求:按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。摘要根據(jù)無源逆變的實用原理，采用單相全橋逆變電路工作方式，實現(xiàn)把直流電源（12v）轉(zhuǎn)換成交流電源（220V，50HZ），并對負(fù)載進行供電。達到的性能要求就是轉(zhuǎn)換出穩(wěn)定的工頻電源，供給一些電器如燈，音像等使用。并且介紹了SG3525的功能及產(chǎn)生SPWM波

6、的方法，對逆變器的控制及保護電路作了詳細(xì)的介紹，給出了輸出電壓波形的結(jié)果。在電路的設(shè)計中，運用了電流保護，電壓保護，空載檢測和死區(qū)時間的設(shè)置。使電路中最終能夠得到穩(wěn)定的單相220V交流電供電，電路中主要是運用單片機的控制，當(dāng)蓄電池的電壓過高或過低時逆變電源將停止工作，保護逆變電源和蓄電池；當(dāng)蓄電池的電壓在正常范圍內(nèi)波動時，輸出電壓不變；當(dāng)輸出電流過大時，單片機將停止SPWM輸出，保護電源的器件使負(fù)載正常運行。關(guān)鍵字：逆變，保護電路Abstract Inverter based on the practical principle of passive, single-phase full-br

7、idge inverter circuit means to achieve the DC power supply (12v) into AC power (220V, 50HZ), and load power supply. Performance requirements is converted to a stable frequency power supply of a number of electrical appliances such as lights, audio-video use. And introduced the SG3525 features and ge

8、nerate SPWM waves method, inverter control and protection circuit were described in detail, given the results of the output voltage waveform. In circuit design, the use of the current protection, voltage protection, load detection and dead time setting. The circuit can be stable in the final single-

9、phase 220V AC power supply, the circuit is to use the main control of the microcontroller, when the battery voltage is too high or too low, the inverter will stop work to protect the power inverter and battery; when the battery voltage fluctuations within the normal range, the output voltage constan

10、t; when the output current is too large, the microcontroller will stop SPWM output to protect the power of the device to load properly. Keywords: inverter, protection circuits目錄一、緒論1二、總體方案的確定 1 1總體介紹1 三、具體電路設(shè)計 2 3.1 系統(tǒng)基本原理23.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及框架 3 3.3 直交直交功率變換形式4 3.4 DCAC變換器的方案4 3.5 輸出整流濾波電路5四、SPWM輸出逆變，逆變電源主電路

11、分析174.1 輸出逆變主電路圖174.2 SPWM波的實現(xiàn)184.3 STC系列單片機24五、高頻變壓器設(shè)計125.1 變壓器的結(jié)構(gòu)125.2 變壓器的計算15六、PWM控制芯片 SG35256 6.1 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理圖76.2 各部分的功能96.3 SG3525的工作原理10七、三極管元件選擇25八、保護電路的設(shè)計26九、死區(qū)的時間的設(shè)置與實現(xiàn) 29總結(jié)31感謝信32四、參考文獻33緒論一、課題概述 單相逆變電源是將直流電逆變成單相交流電，可將車載蓄電池逆變成交流電為用電器提供交流電，也可作為計算機的UPS電源。該單相逆變電源先將直流電通過輸入逆變電路逆變成交流電，然后用高頻變壓器升壓；

12、升壓后的交流電整流后再通過輸出逆變電路進行SPWM調(diào)節(jié)，使輸出為工頻220V正弦波電壓。輸入逆變電路控制采用專用芯片，輸出逆變電路SPWM控制及逆變電源的各種保護采用單片機控制。當(dāng)蓄電池的電壓過高或過低時逆變電源將停止工作并燈光指示報警，保護逆變電源和蓄電池；當(dāng)蓄電池的電壓在正常范圍內(nèi)波動時，輸出電壓不變；當(dāng)輸出電流過大時，單片機將停止SPWM輸出，保護電源的器件。二、 總體方案的確定 1、總體介紹：電源是電子設(shè)備的動力部分,是一種通用性很強的電子產(chǎn)品。它在各個行業(yè)及日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，其質(zhì)量的好壞極大地影響著電子設(shè)備的可靠性,其轉(zhuǎn)換效率的高低和帶負(fù)載能力的強弱直接關(guān)系著它的應(yīng)用范圍。

13、在逆變電源的發(fā)展方向上，輕量、小型、高效是其所追求的目標(biāo)。本文所介紹的逆變電源電路主要采用集成化芯片,使得電路結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、成本較低。因此,這種電路是一種控制簡單、可靠性較高、性能較好的電路。2、經(jīng)濟性好： 通過把12V的蓄電池電源轉(zhuǎn)換為工頻使用電源，用于內(nèi)部的電器，是一種簡單，廉價的方式。主電路設(shè)計中采用了簡單的逆變電路，過壓過流保護電路，以及幾款簡單的芯片。經(jīng)濟性能良好，使用方便。就本系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性而言，由于未設(shè)計復(fù)雜的電路進行干擾的情況。并且輸出穩(wěn)定，價格優(yōu)良，是一款性價比很高的系統(tǒng)。三、具體電路的分析31 系統(tǒng)基本原理本逆變電源輸入端為蓄電池（12V，容量90Ah），輸出端為工

14、頻方波電壓（50Hz，220V）。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及框架3.3 直-交-直-交功率變換形式由于高頻開關(guān)變換技術(shù)的成熟和廉價化?，F(xiàn)在，逆變器的主要電路形式已經(jīng)準(zhǔn)變?yōu)橹?交-直-交功率變換形式。即先將直流電轉(zhuǎn)化為高頻交流電，以利于減小變壓器的體積；經(jīng)過變壓器的電壓轉(zhuǎn)換和隔離，從而獲得到所需要的電壓等級和隔離要求；由于輸出要求是50Hz正弦交流電，需要將高頻交流電轉(zhuǎn)化為50Hz交流電，所以通常的方法是將高頻交流電整流成直流電；再利用50Hz逆變技術(shù)將直流電轉(zhuǎn)換為所需要的50Hz正弦交流電。直-交-直-交功率變換形式的原理框圖如圖19-6。圖19-6 直-交-直-交功率變換形式的原

15、理框圖從圖中看到似乎這種解決方案過于復(fù)雜，但是由于每個功能單元的體積與成本均很低，而且技術(shù)成熟、效率非常高，這種解決方案最終還是最佳的。3.4 DC-AC變換器的方案推挽電路是兩不同極性晶體管輸出電路無輸出變壓器（有OTL、OCL等）。是兩個參數(shù)相同的功率BJT 管或MOSFET管，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)。電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小效率高。推挽輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。3.5輸出整流濾波電路輸出整流器可以采用最常見的單相橋式整流電路，可以選擇MUR460超快恢復(fù)二極管構(gòu)成的單相橋式整流電路。輸出濾波電路可以

16、采用LC濾波電路結(jié)構(gòu)。整個輸出整流濾波電路如圖19-20。圖19-20 輸出整流濾波電路考慮后面的50Hz逆變器的紋波電流，輸出濾波電容器應(yīng)選用ESR低的聚酯電容器，電容量為3.3F+3.3F；輸出濾波電感可以選用EI25磁芯，用0.47mm漆包線繞70100匝，磁路留0.5mm左右的氣隙即可。四 SPWM輸出逆變 逆變電源主電路分析4.1 輸出逆變主電路圖：4.2 SPWM波的實現(xiàn)4.21 SPWM波的原理 在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小，反之，當(dāng)正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，這樣的電壓脈

17、沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制。圖2.3.1 與正弦波等效的矩形脈沖序列波形 1 正弦脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM SPWM控制方案有兩種：即單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制法。單極性法所得的SPWM信號有正、負(fù)和0三種電平，而雙極性得到的只有正、負(fù)兩種電平。比較二者生成的SPWM波可知：在相同載波比情況下，生成的雙極性SPWM波所含諧波量較大；并且在正弦逆變電源控制中，雙極性SPWM波控制較復(fù)雜。因此一般采用單極性SPWM波控制的形式。 由單片機實現(xiàn)SPWM控制，根據(jù)其軟件化方法的不同，有如下幾種方法：自然采樣法、對稱規(guī)則法、不對稱規(guī)則法和面積等效法等。理論分析發(fā)現(xiàn)面積等效法

18、相對于其它方法而言，諧波較小，對諧波的抑制能力較強。而且實時控制簡單，利于軟件實現(xiàn)。因此本文采用面積等效法實現(xiàn)SPWM控制。 圖l為SPWM面積等效法原理示意圖。 假設(shè)所需的輸出正弦電壓為U0=Umsint，式中：Um為正弦波幅值。利用面積等效法正弦波小塊面積S1與對應(yīng)脈沖面積S2相等的原則，將正弦波的正半周分為N等分，則每一等分的寬度為兀N，計算出半個周期內(nèi)N個不同的脈寬值。相關(guān)公式如下： 正弦波S1面積為： 逆變器輸入直流電壓為UD，脈沖面積S2與S1相等，即有： 所以第k個區(qū)間的脈沖寬度k 式中：M為調(diào)制度。N為半個周期內(nèi)的脈沖個數(shù)。綜合考慮載波比、輸出諧波等因素，在此N取60。由上式計

19、算出的SPWM脈寬表是一個由窄到寬、再由寬到窄的60個值的正弦表，將其存入STC單片機的ROM中以供調(diào)用。4.22 STC系列單片機生成SPWM波原理 STC系列單片機簡介 STCl2系列單片機是美國STC公司在8051單片機標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核基礎(chǔ)上改進推出的一個增強型功能的8051的單片機，從引腳到指令上完全與8051單片機兼容。最突出的特點就是其具有可編程計數(shù)器陣列PCA。以STCl2C5410AD為例，有四路可編程計數(shù)器陣列PCAPWM。PCA含有一個特殊的16位定時器，有4個16位的捕獲比較模塊與之相連。四個模塊的公共時間基準(zhǔn)由PCA定時器決定，可以通過PCA模式寄存器CMOD SFR的CPS

20、l和CPS0位確定。每個模塊可編程工作在4種模式下：上升下降沿捕獲、軟件定時器、高速輸出或PWM脈沖輸出。文中SPWM生成功能主要靠PWM脈沖輸出模式完成。圖2即為PCA模塊脈寬調(diào)節(jié)PWM輸出模式框圖。 在PCA PWM輸出模式中，當(dāng)CLSFR的值小于EPCnL，CCAPnL時，輸出為低，當(dāng)PCA CL SFR的值等于或大于EPCnH，CCAPnH時，輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時，EPCnH，CCAPnH的內(nèi)容裝載到EPCnL，CCAPnL中。這樣就實現(xiàn)了無干擾的更新PWM。要使能PWM模式，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。本文中，SPWM波形是綜合使用了模

21、塊O的脈寬調(diào)節(jié)(PWM)模式和模塊1的16位軟件定時器模式，通過軟件中斷的形式實現(xiàn)的。 與此同時，STCl2C54lO單片機還具有快速AD轉(zhuǎn)換功能。有一個lO位精度、8路通道的AD轉(zhuǎn)換器。可以方便的對輸入、輸出的電壓、電流進行監(jiān)控和顯示。4.23 SPWM波生成方法 利用STC系列單片機產(chǎn)生SPWM波的基本原理是：將載波周期數(shù)值賦給PCA模塊l的16位捕獲比較模塊寄存器CCAPlH(高8位)和CCAPlL(低8位)，PCA定時器的值CH(高八位)、CL(低八位)與模塊捕獲寄存器的值相比較，當(dāng)兩者相等時，產(chǎn)生PCA中斷。在中斷中，調(diào)用模塊0的PWM脈寬調(diào)節(jié)模式，將下一個SPWM波的脈寬通過CCA

22、P0H裝載到CCAPOL中，這樣就可以實現(xiàn)無干擾的更新PWM。 圖3中即為由軟件實時計算好的一路單極性SPWM波形的脈寬示意圖。在每個固定的載波周期內(nèi)，不同脈寬數(shù)值組成一個正弦表格的形式。若選用模塊O(P37)輸出此路SPWM，首先將模塊0的PCA模塊工作模式寄存器定義為8位PWM模式，將16位計數(shù)器定時器CH、CL清零，PCA PWM模式輔助寄存器O清零(保證捕獲寄存器EPCOH(高八位)、EPC0L(低八位)固定為零，PWM波比較的數(shù)值只與PCA模塊0的捕獲寄存器CCAPOH(高八位)、CC2APOL(低八位)有關(guān))，模塊l的捕獲寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入載波

23、周期的高八位和第八位數(shù)值，PCA比較捕獲模塊寄存器1(CAPMl)定義為使能比較功能，允許匹配產(chǎn)生中斷。將第一個脈寬值sin0裝入CCAP0H，開PCA模塊中斷及低壓檢測中斷，開總中斷，啟動PCA計數(shù)。當(dāng)16位計數(shù)器定時器的數(shù)值與模塊1中捕獲比較寄存器的數(shù)值相等時，產(chǎn)生一個CCF中斷；在中斷程序中，清中斷標(biāo)志位，重新給模塊1的捕獲寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入載波周期的高八位和第八位數(shù)值，將16位計數(shù)器定時器CH、CL清零，中斷次數(shù)i加1，將下一個脈寬數(shù)值sini裝入CCAPOH以備比較。同時判斷是否到達最大數(shù)值N，若是，中斷次數(shù)i清零，同時將脈寬數(shù)sini值送入CC

24、AP0H，完成一個循環(huán)。這樣，周而復(fù)始，在P37引腳上將不斷產(chǎn)生隨著正弦規(guī)律變化的脈寬，從而得到準(zhǔn)確的SPWM波。 4.24 軟件設(shè)計 程序編寫采用KeilC51編程語言進行，整個程序由主程序和鍵盤中斷子程序以及PCA中斷子程序組成。主程序在系統(tǒng)初始化后進入SPwM脈寬計算程序，計算相應(yīng)的脈沖寬度，形成正弦表格，等待中斷標(biāo)志位以響應(yīng)不同的中斷。由于SPWM波是不斷輸出的，必須將PCA中斷級別設(shè)置為最高。一旦有PCA中斷標(biāo)志位，即轉(zhuǎn)入執(zhí)行其中斷子程序。圖4為PCA中斷子程序流程圖。在中斷服務(wù)程序中，注意CCF1位和CF標(biāo)志位均由硬件置位，但不能自動清零，必須在中斷程序中由軟件清零。 與此同時，系

25、統(tǒng)可以響應(yīng)鍵盤中斷子程序，由鍵盤控制通過液晶顯示屏監(jiān)控輸出電壓、電流的變化情況等。 根據(jù)上述設(shè)計思路及編寫的軟件，用MIC442l驅(qū)動器驅(qū)動四個MOSFET器件FQAl60N08組成的逆變橋上進行實際調(diào)試。圖5為由單片機STCl2C5410輸出的兩路互補(有一定死區(qū)時間)單極性SPWM波。用這兩路互補信號直接驅(qū)動芯片MIC4421，其輸出信號再分別驅(qū)動逆變橋，經(jīng)低通濾波后的波形如圖6所示。 此方法電路結(jié)構(gòu)簡單，硬件設(shè)計和軟件編程切實可行。采用在線計算和查表技術(shù)相結(jié)合，較好的解決了實時控制的要求。同時采用單片機作為控制器件，不僅成本降低，而且調(diào)試方便，受外界干擾較小，有很好的實用性和可靠性。五

26、高頻變壓器設(shè)計5.1 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器是隔離型變換器的主要元件之一，其性能指標(biāo)的好與壞將直接影響整個電路的性能，因此，在設(shè)計變壓器時應(yīng)該細(xì)心設(shè)計為好。在變壓器制作中需要在確保變壓器的絕緣電壓的基礎(chǔ)上盡可能的減小變壓器漏感。5.11 變壓器的結(jié)構(gòu)對變壓器性能的影響變壓器的最主要作用是隔離，電器隔離性能應(yīng)符合電氣安全規(guī)則的要求。為了滿足電器安全規(guī)則的要求，通常要在變壓器的初次級之間留有不低于3mm的絕緣邊距（爬電距離），如圖19-14所示的邊沿空隙的方法。邊沿空隙方法（Margin Wound）-是在骨架邊沿留有不繞線的余留，以提供所需的絕緣邊距要求。圖19-14 變壓器的邊沿空隙繞制方式的結(jié)構(gòu)

27、示意這種方法一直得到比較普遍的應(yīng)用，其主要原因是繞變壓器的漆包線的絕緣強度不能滿足電氣安全規(guī)則的要求，特別是漆包線漆皮的針孔。這種方法的最大缺點是變壓器的繞線空間的浪費和變壓器漏感的增加，尤其是小變壓器尤為嚴(yán)重，如EE16磁芯繞線框架僅有約8mm的繞線寬度，如果扣除3mm的邊沿空隙，則有效的繞線寬度僅剩下5mm，變壓器的繞線窗口的利用率大大下降，同時變壓器的漏感也隨之增加。不僅如此，在變壓器的初次級間通常還要能承受50Hz、1500V有效值電壓，這往往需要35層變壓器絕緣膠帶，勢必要求初、次級間的耦合變差，在電氣性能上的表現(xiàn)為變壓器的漏感增加。對于50Hz變壓器，漏感增加一點似乎不會出現(xiàn)多大問

28、題，但是高頻開關(guān)電源變壓器的漏感增加一點所付出的代價將是開關(guān)管的損耗明顯增加甚至是變壓器的漏感所產(chǎn)生的電壓尖峰將開關(guān)管擊穿！要么就是緩沖電路的損耗增加。怎樣才能取消令人深惡痛絕的變壓器中的邊沿空隙和初次級間的絕緣？問題的關(guān)鍵就是改進漆包線的質(zhì)量，單層絕緣的漆包線的最主要的缺陷是針孔（當(dāng)然也不可否認(rèn)絕緣電壓可能還不夠），那么在制造漆包線時可以在漆包線上多涂幾次絕緣漆，這樣不僅提高了絕緣電壓，最主要的是徹底的消除了漆包線的漆皮上的針孔，這就是三重絕緣的漆包線。三重絕緣漆包線繞制法（Triple Insulated）-次級繞組的導(dǎo)線采用三重絕緣漆包線以便任意兩層結(jié)合都滿足電氣強度要求。圖19-15給

29、出三重絕緣法結(jié)構(gòu)?？梢钥闯龀跫壋錆M整個骨架寬度，和輔助繞組之間僅有一層膠帶，在輔助繞組上纏一層膠帶以防止損壞次級繞組導(dǎo)線的三重絕緣層。次級繞組纏在其上，最后纏一層膠帶進行保護。注意繞線和焊接時絕緣不被損壞。圖19-15 三重絕緣漆包線繞制變壓器的結(jié)構(gòu)實際上用三重絕緣漆包線繞制變壓器時，初次級之間可以不附加任何絕緣物（如絕緣膠帶）同樣可以保證絕緣強度。這樣，變壓器的繞線窗口將得到有效的利用，同時變壓器的漏感也可以減小到最小。5.12 變壓器的繞線方法對變壓器性能的影響C型繞線方式：即折返繞制方式，這是最常用的繞線方式。圖19-14示出有2層初級繞組的C型繞線。C型繞線容易實現(xiàn)且成本低，但是導(dǎo)致初

30、級繞組間電容增加。可以看出初級從骨架的一邊繞到另一邊再繞回到起始邊，這是一個簡單的繞線方法。Z型繞線圖19-16示出有2層初級繞組的Z型繞線方式。可以看出這種方法比C型繞線復(fù)雜，但是減少了繞組的寄生電容。圖19-16變壓器初級的C型繞法 圖19-17 變壓器初級的Z型繞法初次級內(nèi)外繞制方法：圖19-16、圖19-17均為變壓器的初級繞在內(nèi)側(cè)，次級繞在外側(cè)的繞制方式，這種繞制方式的優(yōu)點是簡單，而且通常變壓器的初級繞組的線徑細(xì)、次級線徑粗，細(xì)線繞在里邊繞制起來比較容易。但是，這種繞法的最大缺點是變壓器的漏感大，變壓器漏感在開關(guān)過程中需要將漏感中的儲能完全釋放，通常會產(chǎn)生比較高的尖峰電壓，對開關(guān)管的

31、沖擊比較大。這個沖擊在反激式開關(guān)電源中尤為明顯。這個變壓器漏感的儲能必然消耗在緩沖電路或箝位電路，漏感越大，需要的緩沖電路越大，所產(chǎn)生的損耗越大，降低了開關(guān)電源的效率。因此，應(yīng)該選擇變壓器漏感比較小的繞制方法。最常見的是初級分成兩段，分別繞在次級的內(nèi)測和外側(cè)，如圖19-18。圖19-18 變壓器初級分開繞制示意圖另一方面把初級繞組分開繞制的方法也可以減少漏電感。分開的初級繞組是最里邊第一層繞組，第二層初級繞在外邊。這需要骨架有空余引腳讓初級繞組的中心點連接其上，這對改善耦合有意義。如果變壓器得出次級間要求的絕緣電壓不高或采用絕緣電壓高的漆包線，則可以采用變壓器漏感最小的繞法，即初次級繞組絞在一

32、起繞。這樣初次級繞組所約束的磁力線大致重合，使變壓器漏感達到最小。如果是推挽式逆變器，則僅僅需要變壓器的兩個初級之間的漏感達到最小即六、PWM控制芯片SG3525 隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美國硅通 用半導(dǎo)體公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個等級。下面我們對SG3525特點、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理以及典型應(yīng)用進行介紹。 SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來

33、調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。 6.1 結(jié)構(gòu)和原理框圖：1.Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。 2.Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據(jù)需要，在該端與補償信號輸入端（引腳9

34、）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。 3.Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。 4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。 5.CT(引腳5)：振蕩器定時電容接入端。 6.RT（引腳6）：振蕩器定時電阻接入端。 7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。 8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動電容。 9.Compensation(引腳9)：PWM比較器補償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋

35、網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。 10.Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，以實現(xiàn)故障保護。 11.Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。 12.Ground(引腳12)：信號地。 13.Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。 14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。 15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。 16.Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)其中，腳16 為SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸

36、出，精度可以達到（5.11）V，采用了溫度補償，而且設(shè)有過流保護電路。腳5，腳6，腳7 內(nèi)有一個雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1 及腳2 分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為70dB 左右。特點如下： （1）工作電壓范圍寬：835V。 （2）5.1（1 1.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。 （3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz400KHz. （4）具有振蕩器外部同步功能。 （5）死區(qū)時間可調(diào)。 （6）內(nèi)置軟啟動電路。 （7）具有輸入欠電壓鎖定功能。 （8）

37、具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。 （9）逐個脈沖關(guān)斷。 （10）雙路輸出（灌電流/拉電流）： mA(峰值)。 6.2 各部分功能：a 基準(zhǔn)電壓源: 基準(zhǔn)電壓源是一個三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓VCC 可在（835）V 內(nèi)變化，通常采用+15V，其輸出電壓VST5.1V，精度1%，采用溫度補償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達400mA，沒有過流保護電路。b 振蕩電路： 由一個雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓VH=3.9 V，低門限電壓VL=0.9,內(nèi)部橫流源向CT 充電，其端壓VC 線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)VC=VH時比較器動作，充電過程結(jié)束

38、，上升時間t1 為：t1= 0.67RTCT 比較器動作時使放電電路接通，CT 放電，VC 下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)VC=VL時比較器動作，放電過程結(jié)束，完成一個工作循環(huán)，下降時間間t2 為：t2=1.3RDCT注意：此時間即為死區(qū)時間 鋸齒波的基本周期T 為:T=t1+t2=(0.67RT+1.3RD)CT因為RDRT = t2 t1 由上可見鋸齒波的上升沿遠長于下降沿，因此上升沿作為工作沿，下降沿作為回掃沿。c 誤差放大器：由兩級差分放大器構(gòu)成，其直流開環(huán)放大倍數(shù)為80dB 左右，電壓反饋信號uf 從端子1 接至放大器反相輸入端，放大器同相輸入端接基準(zhǔn)電壓。該誤差放大器共模輸入電壓范圍

39、是1.5V-5.2V。d PWM 信號產(chǎn)生及分相電路： 比較器的反相端接誤差放大器的輸出信號ue，而振蕩器的輸出信號uc 則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號為PWM 信號，該信號經(jīng)鎖存器鎖存，分相電路由二進制計數(shù)器和兩個或非門構(gòu)成，其輸入信號為振蕩器的時鐘信號，并用時鐘信號的前沿觸發(fā)，輸出為頻率減半的互補方波，這些方波和PWM 信號輸入到或非門邏輯電路。其結(jié)果是，所有的輸入為負(fù)時，輸出為正。這樣P1、P2的輸出每半周期交替為正，其寬度和PWM 信號的負(fù)脈沖相等。脈沖很窄的時鐘信號輸入到邏輯或非門電路，可使兩個門的輸出同時有一段低電平，以產(chǎn)生死區(qū)時間。e 脈沖輸出級電路:輸出末級采用推挽

40、輸出電路，驅(qū)動場效應(yīng)功率管時關(guān)斷速度更快.11 腳和14 腳相位相差180，拉電流和灌電流峰值達200mA。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個電流尖脈沖，起持續(xù)時間約為100ns?？梢栽?3 腳處接一個約0.1uf 的電容濾去電壓尖峰。圖2 3525 各點工作波形6.3 SG3525的工作原理 SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時鐘信號同步，為設(shè)計提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死

41、區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。 SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5 的軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時，SG3525才開始工作。由于實際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時，

42、誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，PWM瑣存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸

43、入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時，軟啟動電容將開始放電。 此外，SG3525還具有以下功能，即無論因為什么原因造成PWM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，PWM瑣存器才被復(fù)位。 6.3 STC系列單片機6.31 STC系列單片機優(yōu)點1.性價比高 采用STC12系列單片機可以省掉復(fù)位電路、外部數(shù)據(jù)存儲器(如24Cxx系列芯片)，某些場合還可以省掉晶振，電路簡單、價格低廉。2.速度快STC12系列單片機為單時鐘機器周期(1T)，一些指令執(zhí)行速度是傳統(tǒng)8051的24倍，最低的也是3倍。3.安全性好 目前，很難破譯STC12系列單片機加密程序，加之用戶數(shù)據(jù)可以保存到單片機內(nèi)部

44、，解密者很難通過用戶數(shù)據(jù)分析單片機的運行狀況。4.可以直接代替8051針對傳統(tǒng)8051單片機開發(fā)的程序，可以直接用于STC12系列單片機，無須重新編寫。6.32 STC12的介紹(1) STC12系列單片機的典型結(jié)構(gòu)STC 12系列單片機是宏晶科技公司新的低功耗16位Flash單片機，它的16級中斷、高效尋址方式、10K大容量Flash, EEPROM, A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器(PWM)等功能特點，較好的實現(xiàn)了強大的功能與超低功耗的結(jié)合，因此具有很好的性價比和應(yīng)用適應(yīng)性。STC12系列有6種型號:分別是STC12C5412AD, STC12C5410AD,STC12C5408A

45、D、STC 12C5406AD、STC 12C5404AD、和STC 12C5402AD。它們區(qū)別在于Flash的容量大小，本設(shè)計所用到的STC12C5412AD的Flash容量為10K。該單片機的管腳結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。 (2)基本配置STC12C5412AD單片機除了具有STC12系列單片機共有特點外，還具有一些自身特點，對其一些基本配置做以介紹:1.Flash存儲器STC12C5412AD Flash存儲器為l 0KB。Flash存儲器主要用作程序存儲，可經(jīng)計算機串口接口下載程序;程序運行時能對其中的1段或多段進行擦/寫操作，因此兼有數(shù)據(jù)存儲器功能。Flash可用于程序數(shù)據(jù)保存，實現(xiàn)掉

46、電保護，F(xiàn)lash存儲器可以按字或字節(jié)讀寫，最小擦除單位為1段，經(jīng)過擦除的位為“1，寫入位為“0”。2.脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)所有PCA模塊都可用作PMW輸出。輸出頻率取決于PCA定時器的時鐘源。由于所有模塊共用僅有的PCA定時器，所有它們的輸出頻率相同。各個模塊的輸出占空比是獨立變化的，與使用的捕獲寄存器EPCnL,CCAPnL有關(guān)。當(dāng)CL SFR的值小于EPCnL, CCAPnL時，輸出為低，當(dāng)PCA CL SFR的值等于或大于EPCnL, CCAPnL時，輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時，EPCnH, CCAPnH的內(nèi)容裝載到EPCnL,CCAPnL中。這樣就可實現(xiàn)無干擾地更新P

47、WM。要使能PWM模式，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。3.I/O口工作類型設(shè)置STC12C5412AD帶有24個I/O引腳，它的I/O與傳統(tǒng)的I/O不同，每個I/O口均可由軟件設(shè)置成4種工作類型之一，使得功能口和通用I/O口復(fù)用。4種類型分別為:準(zhǔn)雙向口(標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式)、推挽輸出、僅為輸入(高阻)和開漏輸出功能。在對同一個I/O口進行操作前要選擇其要實現(xiàn)的功能，這樣大大地增強了端口的功能和靈活性。其中一些I/O口還可以與STC12C5410AD中的特殊模塊相結(jié)合完成更為復(fù)雜的工作。如與捕獲比較模塊相結(jié)合可以實現(xiàn)串行通信，與A/D模塊結(jié)合實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換等。此外，

48、STC12C5410AD的I/O端口電氣特性也十分突出，幾乎所有的I/O口都有6mA的驅(qū)動能力，對于一般的液晶顯示屏、蜂鳴器可以直接驅(qū)動而無需輔助電路。許多端口內(nèi)部都集成了上拉電阻，可以方便地與外圍器件相接4. AD模數(shù)轉(zhuǎn)換寄存器STC12C5412AD單片機的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，STC12C5410AD系列是12位精度的A/D，速度均可達到100KHz。8路電壓輸入型A/D，可以完成溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等功能。上電復(fù)位后P1口是弱上拉型的I/O口，可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用

49、的口可繼續(xù)作為I/O口使用。這樣，A/D轉(zhuǎn)換和I/O口可以靈活的運用，節(jié)省了軟件及時間。八 保護電路的設(shè)計8.1電流檢測電路的設(shè)計圖2.5.4是電流檢測電路，通過電流互感器采樣輸出電流，通過一個390的電阻轉(zhuǎn)化成電壓值，在用AD采樣進單片機,由12864液晶顯示電流。8.2過流保護電路的設(shè)計過流保護電路如圖2.5.1所示。此電路是過流保護電路，其中100k電阻用來限流，通過比較器LM311對電流互感器采樣轉(zhuǎn)化的電壓進行比較，LM311的3腳接一10k電位器來調(diào)比較基準(zhǔn)電壓，輸出后接一100的電阻限流它與后面的220F的電容形成保護時間控制。當(dāng)電流過流時比較器輸出是高電平產(chǎn)生保護，使SPWM不輸

50、出，控制場效應(yīng)管關(guān)閉，等故障消除，比較器輸出低電平，逆變器又自動恢復(fù)工作。圖2.5.1 過流保護電路圖8.3空載檢測電路的設(shè)計 空載檢測電路圖如圖2.5.2所示。使用電流互感器檢測電流輸出，當(dāng)沒有電流輸出時，使三極管截止 ，從而使RS_CK為高電平，停止輸出SPWM波。8s后，再輸出一組SPWM，若仍為空載，則繼續(xù)上述過程。若有電流輸出，使導(dǎo)通，從而使RS_CK為低電平，連續(xù)輸出SPWM波形，逆變器正常工作。圖2.5.2 空載檢測電路圖8.4浪涌短路保護電路的設(shè)計浪涌短路保護電路原理圖如圖2.5.3所示。此電路是短路保護電路，用0.1進行采樣電壓，通過470k電阻得到電流，此電流流過光電耦合器

51、，當(dāng)電流高于光藕內(nèi)二級管導(dǎo)通電流時光藕輸出端導(dǎo)通，U3990的10腳變成低電平，使SPWM波不輸出，關(guān)閉場效應(yīng)管，形成保護，此過程非?？?，當(dāng)故障排除后，光電耦合器輸出關(guān)斷，逆變器正常工作。圖2.5.3 浪涌短路保護電路原理圖九 死區(qū)時間的設(shè)置與實現(xiàn)死區(qū)時間設(shè)置電路最好用硬件電路實現(xiàn)為好。通常也可以采用兩種實現(xiàn)方式，通過邏輯電路延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置，也可以采用比較器電路通過延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置。對于標(biāo)準(zhǔn)電平的MOSFET，在一般的情況下死區(qū)時間應(yīng)選擇小于1s，在本試題的解決方案中，考慮到種種因素，驅(qū)動MOSFET的速度可能不需要很高，因此，死區(qū)時間也應(yīng)設(shè)置的大一些，如選擇23s。每個橋臂的上

52、下兩組驅(qū)動信號的死區(qū)設(shè)置電路可以用兩種電路方式實現(xiàn)，通過邏輯電路延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置和采用比較器電路通過延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置。每個上下橋臂的帶有死區(qū)時間的驅(qū)動信號對應(yīng)的時序如圖19-27。圖19-27 每個上下橋臂的帶有死區(qū)時間的驅(qū)動信號對應(yīng)的時序圖中，A、vHIN1、vLIN1、td分別為高邊脈寬調(diào)制輸出、低邊脈寬調(diào)制輸出、驅(qū)動電路高邊輸入、驅(qū)動電路低邊輸入、死區(qū)時間。通過死區(qū)時間的設(shè)置，保證了在“死區(qū)時間”內(nèi)，高、低邊驅(qū)動信號均為零，確保消除共同導(dǎo)通現(xiàn)象。很明顯，獲得死區(qū)時間的簡單方法是驅(qū)動信號的下降沿不延遲，只延遲驅(qū)動信號的上升沿。這樣，死區(qū)時間設(shè)置電路就可以通過數(shù)字電路或比較器實現(xiàn)

53、。通過數(shù)字電路延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置如圖19-28。圖19-28 通過數(shù)字電路延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置由于死區(qū)時間設(shè)置電路送到驅(qū)動電路是負(fù)邏輯信號，即低電平有效。死區(qū)設(shè)置電路輸出需要延遲的是由高電平向低電平轉(zhuǎn)換的延遲，對應(yīng)的死區(qū)設(shè)置電路的輸入延遲為由低電平向高電平轉(zhuǎn)換過程。 電路參數(shù)的確定：圖中數(shù)值電路可以采用4000系列的CD40106中的一個單元；死區(qū)時間選擇23s，可以按RC時間常數(shù)2s設(shè)置，可以選電阻R2.2k，電容器C選1nF，電容器應(yīng)選用低溫度系數(shù)介質(zhì)，如聚酯電容器、C0G介質(zhì)的陶瓷電容器等。二極管選1N4148。采用比較器電路通過延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置如圖19-29。圖19-29 采用比較器電路通過延遲實現(xiàn)死區(qū)時間的設(shè)置電路參數(shù)的確定：R1選2.2k，R2、R3選10k，電容器C選1nF，比較器選LM33總結(jié)這個課題只要是將一個12v的直流電通過輸入逆變電路逆變