基于單片機(jī)的直流電能收集充電器的設(shè)計

PAGEPAGE1基于單片機(jī)的直流電能收集充電器的設(shè)計第一篇：基于單片機(jī)的直流電能收集充電器的設(shè)計[導(dǎo)讀]近年來，能源短缺問題日益突出，人們在擔(dān)憂能源枯竭的同時，對能源的浪費(fèi)卻大得驚人。近年來，能源短缺問題日益突出，人們在擔(dān)憂能源枯竭的同時，對能源的浪費(fèi)卻大得驚人。例如各種廢棄的電池，尤其是遙控玩具車使用的電池，甚至沒用到其能量的一半就被廢棄掉了，這不僅造成能源的浪費(fèi)，更造成了環(huán)境的污染。因而研制一種收集各種廢舊電池能量的裝置已迫在眉睫。本文設(shè)計一種以直流電源變換器為核心的電能收集裝置，該裝置可用于人們在旅途為手機(jī)隨時充電，也可用于礦工照明等。該充電器可將直流電源的能量傳遞到3.6V以上的可充電電池中。系統(tǒng)根據(jù)輸入電壓不同采用MC34063和HT7750來構(gòu)建供電電路給電池充電，經(jīng)過89C51單片機(jī)控制AD0832來檢測電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對電池進(jìn)行充電，并且檢測時間的長短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定，并通過數(shù)碼管顯示出來。為了提高單片機(jī)的工作效率，對單片機(jī)處于休眠和工作兩種狀態(tài)進(jìn)行斷續(xù)的檢測。1.系統(tǒng)設(shè)計框圖電能收集充電器的核心為直流電源變換器，從直流電源中吸收的電能轉(zhuǎn)移到可充電電池中。電能收集充電器是將輸入的功率盡可能大的輸送到所需充電的設(shè)備中，使得充電器的充電效率盡可能提高。該充電器對輸入電壓要求低，并且可以最大可能的吸收直流電源中的能量，比一般的充電器節(jié)能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖根據(jù)電壓Ui取值的大小采用兩種直流電源變換器，當(dāng)電壓為1.1V《Ui《3.6V時，采用HT7750組成的Boost升壓電路來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)供電電源大于3.6V時，電路是用單片機(jī)控制集成芯片MC34063來實(shí)現(xiàn)的。MC34063的工作電壓是3~40V，所以電源輸入電壓只需要在3V以上就可以讓它工作。單片機(jī)能通過自身休眠來提高效率，還可以檢測電壓值控制電池的充電，并且由數(shù)碼管顯示出檢測的時間長短，這個時間可以根據(jù)用戶的要求任意調(diào)節(jié)。這樣的電路直觀、穩(wěn)定、可靠，并且在實(shí)際運(yùn)用中，在接負(fù)載的情況下，它能穩(wěn)定的達(dá)到所需要的電流值和電壓值。同時電路簡單易懂，容易調(diào)試數(shù)據(jù)，成功率高。2.硬件電路設(shè)計2.1升壓電路設(shè)計升壓電路主要由HT7750組成，HT7750轉(zhuǎn)換器具有高效率和低紋波。該系列具有超低啟動電壓、高輸出電壓精度。只需要3個外部元件即電感、穩(wěn)壓管、電解電容，以提供固定輸出5V電壓。電路如圖2所示。圖2升壓電路2.2供電電路設(shè)計供電電路是由MC34063芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，此芯片是一款可降壓也可升壓型的采用PWM調(diào)節(jié)方式的開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片，MC34063的工作電壓范圍為3~40V.此電路是把輸入進(jìn)來的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理達(dá)到所需電壓值，同時此電壓還可以作為單片機(jī)和ADC0832的工作電壓。電路構(gòu)成如圖3所示。圖3供電電路2.3控制電路設(shè)計采用8051單片機(jī)，它擁有編程靈活、功能強(qiáng)大、而且廉價的好處，與INTEL公司的8096系列16位單片機(jī)相比，8051更具有明顯的價格優(yōu)勢。同時能夠滿足需要，成為首選。它可以自身休眠來減小功耗，提高效率，它由基準(zhǔn)電源電路輸出穩(wěn)定的5V電壓供電，主要起到檢控電壓的作用。89C51單片機(jī)控制AD0832來檢測電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對電池進(jìn)行充電，并且檢測時間的長短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定，通過數(shù)碼管顯示出來。這里用的ADC是ADC0832芯片，它是一個串行的ADC，它具有速度和精度都足以滿足此電路，在ADC0832的VCC腳與基準(zhǔn)電路供電的輸出腳間接一個大電容從而使輸入給ADC0832的電壓更穩(wěn)定。電路構(gòu)成如圖4所示。圖4控制電路2.4充電電路設(shè)計該電路是通過單片機(jī)對充電電路的控制從而實(shí)現(xiàn)對電池的充電，起到開關(guān)作用。并且電路中加入了LED燈，從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。圖5充電電路3.軟件部分的設(shè)計本系統(tǒng)的軟件采用C語言來編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設(shè)計主要檢測電源輸出電壓的大小，從而對判斷是否對電池進(jìn)行充電，同時單片機(jī)通過自身休眠來減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時間控制流程圖如圖7所示。測試方法與結(jié)果圖6主流程圖圖7休眠時間控制流程圖（1）當(dāng)輸入電壓Ui為10~20XX時，取電源內(nèi)阻Rs為100Ω，可充電池的內(nèi)阻Rc為0.1Ω，由理論計算得：Ic>（Es3.6）（100+0.1）=163.8mA實(shí)際測量時Ic=164.6mA》163.8mA，滿足了設(shè)計的要求。測試數(shù)據(jù)見表1。本設(shè)計的工作效率由輸出電壓U*out與輸出電流Iout的乘積比上輸入的電壓Uin與電流Iin的乘積。即：η=（Uout*Iout）（Uin*Iin）（2）當(dāng)Ui從0逐漸升高時，能啟動充電功能的Ui為0.28V;當(dāng)Ui為0時，系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09mA。表1高壓參數(shù)表5.結(jié)語本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的直流電能收集充電器，該充電器在輸入電壓低至1V的情況下仍能將能量傳遞至3.6V以上的可充電池中。同時制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并對實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費(fèi)及對環(huán)境的污染第二篇：單片機(jī)的智能手機(jī)充電器單片機(jī)的智能手機(jī)充電器摘要手機(jī)電池充電器對手機(jī)用戶來說必不可少。利用微電腦控制的智能手機(jī)充電器，可以對目前市面上所有的手機(jī)進(jìn)行充電。本文介紹了當(dāng)前手機(jī)充電器的發(fā)展現(xiàn)狀。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了面向所有手機(jī)的智能手機(jī)充電器。選擇簡潔、高效的硬件，設(shè)計穩(wěn)定可靠的軟件，滿足了對當(dāng)前市售所有手機(jī)的充電的要求。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件組成，包括采樣電路、控制電路、電源、人機(jī)界面和單片機(jī)控制器，并對本充電器的核心器件—單片機(jī)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，首先對控制軟件進(jìn)行需求分析，總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)此目標(biāo)，用軟件工程的方法設(shè)計了系統(tǒng)的總體框架。以匯編語言為工具，采用面向?qū)ο蟮脑砗图夹g(shù)，進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計和編碼實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：手機(jī)充電器、智能、工單片機(jī)控制ABSTRACTOnemobiletelephonecellchargerisnecessarilytoamobiletelephoneuser.Theintelligentchargeronmicrocontrollercanchargeforallmobiletelephonecell.Thispaperintroducestheconitionofmobiletelephonecellcharger.Onthebasisofanalysistothecondition,thispaperbuildaintelligentchargerforallmobiletelephonecell.Tomeettherequirementofmobiletelephonecell,theauthorselectshighperformancehardwareanddesignsstableandreliablesoftware.Thehardwareofthesystemisintroduceddetailedlyincludingdataacquisitioncircuit,controlcircuit,powersupply,interfacebetweenthesystemandthepeople,microcontroller.Microcontroller,thecoreofthesystem,isintroducedmoredetaildely.Thesoftwaredesignismainlyexplained.Requirementofthesoftwaresystemhavebeenanalyzedfirstly.Thegeneralaimofthesoftwaresystemistorealizereliability,stability,safetyandecnomization.Thentheauthordesignsthewholeframeworkofthesystemwiththethinkingofsoftwareaccordingtotheobject-orientedprogrammingprinciplesandtechnologiestoimplementthedetaileddesignandcoding.Keywords:mobletelephonecellchargerintelligentbasedonPIC16F87740-PinFlash-Based8-BitCMOSMicrocontroller課題背景隨著社會的快速發(fā)展，手機(jī)越來越成為人們生活中不可或缺的一部分。如果某人的手機(jī)沒法使用，將對他的工作、生活造成巨大影響，甚至損失。而外出手機(jī)電池沒電，又沒有適用的手機(jī)電池充電器，是造成手機(jī)無法使用的最常見原因。因此，作為流動人口大量集散的客運(yùn)站、旅館等場所，為現(xiàn)有市場上出售的各種類型的手機(jī)配備手機(jī)電池充電器，以方便旅客的工作和生活，提高這些服務(wù)場所的服務(wù)質(zhì)量，以提高自身的競爭力，就成為迫切的問題。而目前市場上出售的手機(jī)電池充電器，是只為單一手機(jī)電池充電的專用充電器，僅能對相應(yīng)的一種手機(jī)充電，而且每部充電器的價格在人民幣元左右，這就意味著，要配齊目前市場上出售的所有多種充電器，將是一筆較大的開支。另外，利用現(xiàn)有的手機(jī)電池充電器，過于分散，進(jìn)行有效管理的難度大，不適應(yīng)公共場所的需要?；谝陨显颍袌龊魡疽环N能適用目前市場所售的所有手機(jī)，且物美價廉，便于管理的通用手機(jī)電池充電器。本課題充分利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能，進(jìn)行了大量的軟件設(shè)計，用軟件完成了絕大部分任務(wù)輔以簡單的外圍電路，即實(shí)現(xiàn)了對目前市場上所售的所有手機(jī)進(jìn)行充電，且便于集中管理的功能。1.2國內(nèi)外技術(shù)概況及其發(fā)展趨勢目前，市場上手機(jī)充電器種類繁多，但其中也有很多質(zhì)量低劣的不合格產(chǎn)品。在去年產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果中，將近的廠家生產(chǎn)的充電器不合格。其主要問題出現(xiàn)在與交流電網(wǎng)電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場強(qiáng)和充電電壓幾個方面。另外，一些產(chǎn)品的低溫性能、額定容量、放電性能、安個保護(hù)性能等方面存在質(zhì)量問題。這些質(zhì)量問題會影響到手機(jī)的正常使用，還會影響手機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時還可能傷害消費(fèi)者?，F(xiàn)在市場上發(fā)現(xiàn)有一些假冒偽劣手機(jī)電池便攜式充電器。這些充電器由于價格非常低，攜帶方便，有許多手機(jī)用戶更愿意使用這些充電器來對電池進(jìn)行充電。劣質(zhì)充電器實(shí)際上就是一個沒有安全保證的簡易變壓器，由于內(nèi)部缺少保護(hù)電路等保證安全的零配件，因而重量較原裝品輕很多。但實(shí)際上，由于現(xiàn)在的手機(jī)電池多采用鏗離子電池或鎳氫電池作電芯，對充電器的電壓、電流特性及安全保護(hù)有很高的要求。這些假冒偽劣充電器由于設(shè)計簡單，采用劣質(zhì)材料，加工手段粗糙，對手機(jī)電池的性能和壽命有很大損害。沒有保護(hù)電路的充電器，由于不能保證充電時電流的穩(wěn)定，因而會有燒壞電池甚至爆炸的危險。目前手機(jī)充電器主要有旅行充電器，座式充電器和車載充電器。充電方式，目前主要有種一一大電流的快速充電法和電壓比較法，不同充電方式導(dǎo)致其充電效果不同。由于采用大電流的快速充電法，所以在電池充滿后如不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的過充會嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過充一般充電到山東人學(xué)碩學(xué)位論文就停止大電流快充，采用小電流涓流補(bǔ)充充電。這時充電器上充滿的指示燈會亮起，如果用戶此時急于取下電池，無疑電池只充了，而且由于電壓比較法存在離散性，所以所謂充電到也只是一個理論值，很難精確掌握，此時，對于鎳福鎳氫電池則造成電池的記憶效應(yīng)，使電池的存量減小，損害電池的壽命。而如果用戶電池充電時間長一些，則易造成過充。家生產(chǎn)的原裝旅行充電器和座式充電器，設(shè)計上都采用越來越精密的保護(hù)電路或開關(guān)電路設(shè)計，對電池的充電起到了良好的保護(hù)作用。車載充電器可以方便用戶在汽車上為手機(jī)充電，一端插入點(diǎn)煙器，另一端連接手機(jī)，但不宜在汽車中長期充電，因?yàn)槠囍袦囟容^高。但這些充電器存在共同的缺點(diǎn)一通用性差，一個廠家出產(chǎn)的充電器只能適用于本廠家的手機(jī)電池，即又回到了所述的問題上。當(dāng)前，手機(jī)充電器的市場走向如下1）目前，手機(jī)充電器可分為單槽形狀和雙槽型充電器，單槽形充電器正在受到雙槽形的攻擊。雙槽形充電器除了具有慢速充電、快速充電、放電及鎳福、鎳氫電池兼充的標(biāo)準(zhǔn)功能外，還有部分產(chǎn)品帶有自動溫度控制與電壓控制，嚴(yán)防過充的新功能，因而消費(fèi)者應(yīng)將傾向于選擇雙槽型充電器。2）隨著手機(jī)種類的日益增多，各種充電器因機(jī)型不同，電源端口的大小也不相同，從而不能互換使用，給消費(fèi)者帶來了不便。標(biāo)準(zhǔn)型充電器，是指可以連接所有手機(jī)底端電源插座端口的充電器。而且，生產(chǎn)的手機(jī)的電源端口將統(tǒng)一為適用于標(biāo)準(zhǔn)充電器的規(guī)格。這樣，消費(fèi)者將不必在每次換手機(jī)時同時購買新的充電器。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時，也開始向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的方向發(fā)展。3）手機(jī)充電器的待機(jī)耗電量的降低逐步成為充電器的設(shè)計過程中的一個重要環(huán)節(jié)。相比于以前的充電器，今后生產(chǎn)的產(chǎn)品將會在各項(xiàng)功能完善的同時進(jìn)一步降低本身的待機(jī)耗電量。為了達(dá)到這一目標(biāo)，可以設(shè)計一個判斷適配器是否連接負(fù)荷手機(jī)的，當(dāng)未連接負(fù)荷時，將適配器的直流輸出方級電路切換到高阻抗電路上。通過采取這一措施可以大幅減少待機(jī)時級電路的消耗電流可以達(dá)到數(shù)十“。另外，還可以在輸入交流方級電路中設(shè)置切換電路。在未連接負(fù)荷時，通過開關(guān)切換電路來減少供應(yīng)給直流輸出方級電路的功率從而減少耗電量。4）現(xiàn)在市場上的大部分充電器，只是針對鏗電池或鎳氫電池充電的，但是隨著市場的發(fā)展，自動識別兩種電池而進(jìn)行相應(yīng)的充電進(jìn)程的充電器正在逐步占據(jù)主流。可以自動分辨鏗電池或鎳氫電池的座充能“防止將鏗電放電的錯誤動作”，如果在充鏗電池時不小心按到了座充上的“放電鈕”，好的座充可以辨識出來是鏗電池，因此不會做放電動作差的座充則不管三七二十一地進(jìn)行放電，這就會造成鏗電池壽命的折損。一．系統(tǒng)設(shè)計1.設(shè)計目的1)熟悉并掌握單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程和應(yīng)用方法。2）做到對電池充電過程的實(shí)時監(jiān)測。3）做出智能化的充電器。我發(fā)現(xiàn)在給手機(jī)充電的時候，往往不能知道電池還有多長時間能充滿，而且經(jīng)常忘記是什么時候開始充電的，因此很容易造成過充或充電不足，從而影響手機(jī)電池的使用壽命，還有可能出現(xiàn)危險。于是我便萌生了設(shè)計一種可顯示時間的手機(jī)充電器的想法2.功能簡介1）可與鋰電池中的芯片通信，得到電池組的容量、電壓、電流等參數(shù)。2）用LED顯示電池的剩余充電時間。3）具備防過充功能，在電池電壓達(dá)到一定值后減小充電電流，直至電池充滿。3.應(yīng)用能給各種鋰離子電池充電并可以實(shí)時顯示充電的剩余時間。二．實(shí)驗(yàn)資源1）硬件：AVR開發(fā)板，Atmega16,LED七段數(shù)碼管，電源2）軟件：ICCAVR,AVRstudio三．實(shí)驗(yàn)原理1.電路原理圖注釋：左下為AD模塊，Mega16的PA口接AD，同時輸出PWM,PB3接PWM進(jìn)行充電控制;右下方為以TLC431為主的穩(wěn)壓源，接單片機(jī)的AREF端口。2.實(shí)驗(yàn)原理：鋰電池的充電過程分為預(yù)充、快充、涓流三個步驟，我們的原理概括的講，就是在預(yù)充階段通過對電池進(jìn)行掃描測出電池的容量，與程序中的庫進(jìn)行對應(yīng)從而得出充電所需時間；再經(jīng)過快充電池電壓達(dá)到一定高的值，為防止由于充電過快引起的電池實(shí)際電壓不足，最后再加上一定時間的涓流充電。在整個過程中通過LED來實(shí)時顯示剩余充電時間。四．?dāng)?shù)據(jù)采集為使充電器能為不同容量的電池，需要做測試來采集大量的數(shù)據(jù)，反應(yīng)電池在充電過程中電壓、電流、時間之間的關(guān)系。以下為幾個具有代表性的測試圖樣：1.容量為600mah的電池快充過程中I-t曲線圖中X軸為時間(min)，Y軸為電流（mA）圖中X軸為時間(min)，Y軸為電流（mA）注：圖中X軸為時間(min)，Y軸為電流（mA）。2．容量為650mah電池預(yù)充階段的U-t曲線。圖注：X軸為時間（min），Y軸為電壓(v)3.容量為860mah的電池預(yù)充階段U-t曲線。圖注：X軸為時間（min），Y軸為電壓(v)。由以上各圖可以看出，在一定時間段內(nèi)電壓和電流與時間很好的符合了線性關(guān)系。4.電池容量與K值對應(yīng)曲線（K值為充電電壓每升高0.04v與對應(yīng)時間之比）五．軟件設(shè)計流程圖六．結(jié)論本設(shè)計闡述了智能手機(jī)的總體設(shè)計、硬件設(shè)計、計算機(jī)控制系統(tǒng)選型、軟件開發(fā)。首先，在對市場進(jìn)行深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，分析得出智能手機(jī)充電器必須具備的基本特征。硬件系統(tǒng)設(shè)計集控制工程、傳感技術(shù)、電子技術(shù)與一體。包括電源、控制電路、采樣電路、手機(jī)充電接口、計算機(jī)控制系統(tǒng)。按上款得出的設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計，完成硬件設(shè)計。本設(shè)計有效地解決了對不同手機(jī)進(jìn)行在線充電的問題。受時間和水平的限制，該設(shè)計還有很多不足之處，敬請多多指教批評。參考文獻(xiàn)：1.C程序設(shè)計教程譚浩強(qiáng)著2.單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計蔣輝平3.DSP技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用（第二版）程序：周國雄編著#include#include#include“math.h”//8.00000MHZunsignedlongled_7[10]={0x3f,0x06,0x5B,0x4F,0x66，0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//七段數(shù)碼顯示數(shù)組unsignedlongposition[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0x0f,0xdf};//六位數(shù)碼管位選unsignedlongMin[30]={1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29，31,33,35,37,39,41,43,45,47,49,51,53,55,57,59};//使能充電停止數(shù)組unsignedlongk_value[60]={40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,//預(yù)充電壓斜率數(shù)組60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79，80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,};unsignedlongV_Table[12]={380,381,390,391,400,401,410,411,415,416,419,420XX//電壓比較判斷signedchartime[3];//時間存儲unsignedchardis_buff[6];//時分秒六位分別存儲unsignedcharPWMnum,a=0x15,m=0,X,Y,Z;//溢出中斷次數(shù)，OCR0值，if判斷，時分秒，電壓unsignedlongK,n,Vref=4.846,T,t,V;//預(yù)充斜率，延遲時間，參考電壓，時間，signedlongCap;//電池容量#pragmainterrupt_handleradc_isr:iv_ADCvoidadc_isr(){unsignedlongADNum=0,adc_data;unsignedcharVa;ADNum=ADNum+1;//AD轉(zhuǎn)換次數(shù)計數(shù)if(ADNum>=98888)ADNum=110000;adc_data=ADCH;adc_data=adc_data*4;if(ADNum==2)//初始電壓值保存{Va=Vref*adc_data*100/1024;}V=Vref*adc_data*100/1024;//實(shí)時電壓if(V-Va==4)//斜率計算{K=(20XX0000/ADNum)%10;}}voidA_value()//OCR0實(shí)際值{if(K==k_value[60])a=250-K;if(K!=k_value[60])a=0;}voidCap_value()//容量計算值{unsignedlongAa=20XX,P;if(K==k_value[60]){P=K/Aa;Cap=(-1)*log(P)*20XX}if(K!=k_value[60]){Cap=0;}}voidTime_Compu()//時間計算程序{t=3*OCR0;T=Cap/t;if(T>=60.000){X=(T/60);Y=(T%60);Z=((T-60)-(T%60))*60;}if(T<60.000){X=0;Y=((T*10)%10);Z=((T-(T*10)%10)*60);}}voidDelay_ms(n){inti,j;for(i=0;i{for(j=0;j<8000;j++);}}voiddisplay(void){unsignedchari;for(i=0;1<5;i++){PORTC=0XFF;PORTD=led_7[dis_buff[i]];PORTC=position[i];Delay_ms(1);PORTC=0XFF;}}#pragmainterrupt_handlertimer0_ovf_isr:iv_TIMER0_OVFvoidtimer0_ovf_isr(void){PWMnum=PWMnum+1;}voidtime_to_disbuffer(void){unsignedchari,j=0;for(i=0;i<=2;i++){dis_buff[j++]=time[i]%10;dis_buff[j++]=time[i]/10;}}voidmain(void){//port_initPORTB=0X00;DDRB=0X08;//PB3PWM輸出PORTC=0X3F;//led輸出DDRC=0XFF;PORTD=0X00;DDRD=0XFF;//timer0_initTCCR0=0X00;TCNT0=0X00;OCR0=a;//OCR0實(shí)際值TCCR0=0X6C;//快速PWM，256分頻,比較匹配時OC0清零TIMSK=0X03;//比較匹配中斷，溢出中斷//adc_initADMUX=0X20XX/外部引腳AREF，左對齊，PA0口ADCSRA=0XAE;//ADC允許，自動觸發(fā)轉(zhuǎn)換，中斷允許，ADCclk=125kHzSFIOR&=0X1F;SFIOR|=0X60;//選擇T/C0比較匹配中斷觸發(fā)SEI();Delay_ms(600000);time[2]=X;time[1]=Y;time[0]=Z;//時間time_to_disbuffer();while(1){display();if((m==1)||(V!=V_Table[8])||(a>=0X15))//倒計時{if(PWMnum>123){PWMnum=0;time[0]--;if(time[0]<0){time[0]=59;time[1]--;if(time[1]==Min[30]){m=0;}if(time[1]<0){time[1]=59;time[2]--;}}}time_to_disbuffer();}if((m==0)&&(V==V_Table[12]))//中途停車，休息電池{display();OCR0=0X00;Delay_ms(10000);time[0]=(time[0]-10);if(time[0]<=0){time[0]=time[0]+59;time[1]=time[1]-1;}time_to_disbuffer();OCR0=a;m=1;}if(V==420XXV==421)//電池充滿，時間清零{display();OCR0=0X15;time[2]=0;time[1]=0;time[0]=0;time_to_disbuffer();Delay_ms(600000);}}}第三篇：電能收集充電器(E題)電能收集充電器（E題）【本科組】一、任務(wù)設(shè)計并制作一個電能收集充電器，充電器及測試原理示意圖如圖1。該充電器的核心為直流電源變換器，它從一直流電源中吸收電能，以盡可能大的電流充入一個可充電池。直流電源的輸出功率有限，其電動勢Es在一定范圍內(nèi)緩慢變化，當(dāng)Es為不同值時，直流電源變換器的電路結(jié)構(gòu)，參數(shù)可以不同。監(jiān)測和控制電路由直流電源變換器供電。由于Es的變化極慢，監(jiān)測和控制電路應(yīng)該采用間歇工作方式，以降低其能耗?？沙潆姵氐碾妱觿軪c=3.6V，內(nèi)阻Rc=0.1Ω。圖1LED點(diǎn)陣書寫顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二、要求1．基本要求（1）在“點(diǎn)亮”功能下，當(dāng)光筆接觸屏上某點(diǎn)LED時，能即時點(diǎn)亮該點(diǎn)LED，并在控制器上同步顯示該點(diǎn)LED的行列坐標(biāo)值（左上角定為行列坐標(biāo)原點(diǎn)）。（2）在“劃亮”功能下，當(dāng)光筆在屏上快速劃過時，能同步點(diǎn)亮劃過的各點(diǎn)LED，其速度要求2s內(nèi)能劃過并點(diǎn)亮40點(diǎn)LED。（3）在“反顯”功能下，能對屏上顯示的信息實(shí)現(xiàn)反相顯示（即：字體筆畫處不亮，無筆畫處高亮）。（4）在“整屏擦除”功能下，能實(shí)現(xiàn)對屏上所顯示信息的整屏擦除。2．發(fā)揮部分（1）在“筆畫擦除”功能下，能用光筆擦除屏上所顯漢字的筆畫。（2）在“連寫多字”功能下，能結(jié)合自選的擦除方式，在30s內(nèi)在屏上以“劃亮”方式逐個寫出四個漢字（總筆畫數(shù)不大于30）且存入機(jī)內(nèi)，寫完后再將所存四字在屏上逐個輪流顯示。（3）在“對象拖移”功能下，能用光筆將選定顯示內(nèi)容在屏上進(jìn)行拖移。先用光筆以“劃亮”方式在屏上圈定欲拖移顯示對象，再用光筆將該對象拖移到屏上另一位置。（4）當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)改變時，能自動連續(xù)調(diào)節(jié)屏上顯示亮度。（5）當(dāng)光筆連續(xù)未接觸屏面的時間超過1～5min時(此時間可由控制器設(shè)定)，能自動關(guān)閉屏上顯示，并使整個系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時系統(tǒng)工作電流應(yīng)不大于5mA。（6）其他。三、說明1．設(shè)計制作時所用LED點(diǎn)陣模塊的發(fā)光顏色不限。2．各種功能的切換方式自定，但應(yīng)力求操作簡便。3．在各種功能的實(shí)際操作過程中，必要時可用按鍵或其他控制方式進(jìn)行輔助。例如，“連寫多字”時，寫完一字后用自定義控制方式存入該字并清屏，然后再寫下一字。4．系統(tǒng)應(yīng)采用5V單電源供電。5．設(shè)計制作時應(yīng)在電路板上留有系統(tǒng)耗電參數(shù)的測試點(diǎn)。6．設(shè)計報告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給出。第四篇：直流逆變器設(shè)計武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書3KVA三相逆變器設(shè)計概述現(xiàn)代工業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事裝備、尖端科學(xué)的進(jìn)步以及人類生活質(zhì)量和生存環(huán)境的改善，都依賴于高品質(zhì)的電能，據(jù)統(tǒng)計70%的電能都是經(jīng)過變換后才使用，而隨著科技的發(fā)展，需要變換的比例將會進(jìn)一步提高。電力電子技術(shù)為電力工業(yè)的發(fā)展和電力應(yīng)用的改善提供了先進(jìn)技術(shù)，它的核心是電能形式的變換和控制，并通過電力電子裝置實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用。電力電子裝置是以滿足用電要求為目標(biāo)，以電力半導(dǎo)體器件為核心，通過合理的電路拓?fù)浜涂刂品绞?，采用相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)對電能實(shí)現(xiàn)變換和控制的裝置。逆變器和直流斬波電路是應(yīng)用很廣的一種電力電子裝置或技術(shù)。直流斬波電路（DCChopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪环N固定的或可調(diào)的直流電，也稱為直流-直流變換器（DC/DCConverter）直流斬波電路（DCChopper）一般是指直接將直流變成直流的情況，不包括直流-交流-直流的情況；直流斬波電路的種類很多，包括6種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路，Cuk斬波電路，Sepic斬波電路，Zeta斬波電路，前兩種是最基本電路。逆變器也稱逆變電源，是將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的變流裝置，是太陽能、風(fēng)力發(fā)電中的一個重要部件。隨著微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，逆變技術(shù)也從通過直流電動機(jī)—交流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式，發(fā)展到晶閘管逆變技術(shù)，而今的逆變技術(shù)多采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT等多種先進(jìn)且易于控制的功率器件，控制電路也從模擬集成電路發(fā)展到單片機(jī)控制甚至采用數(shù)字信號處理器（DSP）控制。各種現(xiàn)代控制理論如自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)控制理論和算法也大量應(yīng)用于逆變領(lǐng)域。其應(yīng)用領(lǐng)域也達(dá)到了前所未有的廣闊，從毫瓦級的液晶背光板逆變電路到百兆瓦級的高壓直流輸電換流站；從日常生活的變頻空調(diào)、變頻冰箱到航空領(lǐng)域的機(jī)載設(shè)備；從使用常規(guī)化石能源的火力發(fā)電設(shè)備到使用可再生能源發(fā)電的太陽能風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，都少不了逆變電源。毋庸置疑，隨著計算機(jī)技術(shù)和各種新型功率器件的發(fā)展，逆變裝置也將向著體積更小、效率更高、性能指標(biāo)更優(yōu)越的方向發(fā)展。PWM控制技術(shù)就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）；面積等效原理是PWM技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論。一種典型的PWM控制波形SPWM脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書的PWM波形稱為SPWM波。SPWM法是一種比較成熟的也是目前使用較廣泛的PWM法。在采樣控制理論中有一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。本文通過詳細(xì)講述每個部分的工作原理、元件選擇、電路構(gòu)造和參數(shù)選擇，設(shè)計出三相逆變器所需的升壓電路、主電路、反饋與控制電路、PWM生成電路、觸發(fā)電路和濾波電路，完整的闡述了一個三相逆變器的設(shè)計方法和過程。武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書方案論證2.1設(shè)計任務(wù)與要求條件：輸入直流電壓：110V。要求完成的主要任務(wù):設(shè)計容量為3KVA的三相逆變器，要求達(dá)到：1）輸出380V，頻率50Hz三相交流電2）完成總電路設(shè)計3）完成電路中各元件的參數(shù)計算2.2設(shè)計任務(wù)分析由于輸入直流電壓只有110V，而輸出交流電壓要求有效值為380V，所以必須通過升壓電路將直流電壓升到到一定值才能作為逆變器的輸入電壓。逆變器的核心是半導(dǎo)體開關(guān)器件，不同拓?fù)涞哪孀冸娐酚胁煌膬?yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體開關(guān)器件需要觸發(fā)信號才能導(dǎo)通，要使逆變器輸出正弦波形，則需要特殊的觸發(fā)電路對開關(guān)器件進(jìn)行調(diào)制。逆變器輸出帶有高次諧波，需要濾波電路對諧波進(jìn)行。在進(jìn)行仿真前，需對上述電路模塊進(jìn)行比較論證和選擇。2.3各模塊方案選擇2.3.1升壓電路選擇1）方案1：采用變壓器直接對直流電壓進(jìn)行升壓。2）方案2：采用boost直流斬波升壓電路通過改變占空比對直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)升壓?？紤]到實(shí)際變壓器變比不可調(diào)或者調(diào)節(jié)范圍很小，不利于逆變器輸出的調(diào)節(jié)，而boost電路通過調(diào)節(jié)開關(guān)器件的導(dǎo)通占空比可以靈活方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，從實(shí)際出發(fā)和從方便性出發(fā)，最終選擇了boost電路作為升壓電路。2.3.2逆變電路選擇逆變器按照輸出的相數(shù)分，有單相、三相兩種；按電路拓?fù)浞?，有半橋式、全橋式和推挽式。鑒于全橋結(jié)構(gòu)的控制方式比較靈活，所以選擇三相全橋電路作為逆變器主電路。2.3.3逆變器觸發(fā)電路選擇目前，逆變器廣泛采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的控制。PWM技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個方面，一是控制策略，二是實(shí)現(xiàn)的手段。調(diào)制方式主要有直流脈寬調(diào)制和正弦波脈寬調(diào)制兩種方式。直流脈寬輸出的是方波，波形畸變嚴(yán)重，所以不適合；正弦波脈寬武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書調(diào)制輸出波形只含高次諧波，可以大大減小濾波器的體積。所以最終選擇正弦波脈寬調(diào)制，即SPWM技術(shù)。2.3.4濾波電路選擇由于設(shè)計任務(wù)對波形畸變率沒有特殊的要求，可以采用最普通的LC濾波電路作為逆變輸出的濾波電路。2.3.5總電路的控制方式為了使輸出電壓波形穩(wěn)定且可調(diào)，采用閉環(huán)控制方式，檢查輸出電壓反饋到輸入作為比較控制。武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書電路原理及設(shè)計3.1升壓斬波電路升壓斬波電路如下圖3.1所示。假設(shè)L值、C值很大，V通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設(shè)V通的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為EI1ton。V斷時，E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為(U0E)I1toff，穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等，即EI1ton(U0E)I1toff化簡得U0TtoffE輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路，也稱之為boost變換器。T與toff的比值為升壓比，將升壓比的倒數(shù)記作β，則1故U011aE升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因：L儲能之后具有使電壓泵升的作用，并且電容C可將輸出電壓保持住。圖3.1升壓斬波電路原理圖3.2主電路原理圖武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書逆變電源采用圖3.2所示主電路。首先采用升壓斬波電路將110KV直流電壓升高到400KV，因?yàn)閷敵霾ㄐ蔚囊蟛皇呛芨?，與負(fù)載并聯(lián)的電容C取很大就可以達(dá)到濾波的目的。開關(guān)管T1~T6是IGBT，構(gòu)成三相逆變橋。關(guān)斷緩沖由電阻R、電容C和二極管D并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成；C0折算到變壓器TM的原邊后與L2一起構(gòu)成交流輸出濾波電路；變壓器用作電路隔離和升壓。圖3.2三相逆變器主電路原理圖3.3SPWM控制系統(tǒng)圖3.3三相SPWM控制系統(tǒng)框圖三相脈沖形成可采用上述介紹的SPWM控制方法，控制系統(tǒng)框圖如3.2所示。下面介紹SPWM生成的各電路部分。武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書3.3.1數(shù)字分頻電路圖2-3是數(shù)字分頻電路，Y是石英晶體振蕩器，它有穩(wěn)定的震蕩頻率，頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到萬分之一。該電路選用震蕩頻率1.8432MHz的晶振，它和R1、C1、C2組成頻率信號產(chǎn)生的電路，得到1.8432MHz頻率信號，再經(jīng)過數(shù)字電路CD4017、CD4040處理，輸出兩路頻率信號。CD4017是十進(jìn)制計數(shù)器，第7腳的Q3計數(shù)端引至第15腳的復(fù)位端可以實(shí)現(xiàn)3分頻。CD4040是串行二進(jìn)制計數(shù)器，9腳Q1可以得到2分頻，2腳的Q6可以得到2的6次方既64分頻。1.8432MHz的頻率，分頻后三角波頻率為9.6kHz，標(biāo)準(zhǔn)正弦的掃描頻率為102.3kHz。圖3.4數(shù)字分頻電路3.3.2標(biāo)準(zhǔn)正弦波形成電路標(biāo)準(zhǔn)正弦波的長生是利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的，電路原理如圖3.5所示。在EPROM中存放的數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制）是這樣得到的；將一個周期的單位正弦波分成N等份，每一點(diǎn)的數(shù)據(jù)在計算機(jī)上事先離散計算好在存放進(jìn)去。由于寫入的數(shù)據(jù)只能是正值，單位正弦波是和圖中Uref的波形一致，幅值為1的正弦波。本例中將一個周期的正弦波分成N=20XX份。正弦掃描頻率引入數(shù)字電路CD4040，CD4040的輸出是一組地址掃描信號送到EPROM的地址線上，EPROM2732中存放的數(shù)據(jù)便依次送到D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832，DAC0832將武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成斷續(xù)的模擬信號，經(jīng)過一個小電容C1（0.1uf以內(nèi)）濾波，得到連續(xù)模擬信號Uref，峰峰值由IO1端引入的給定電壓Uc決定，電路中Uc來自調(diào)節(jié)器的輸出。經(jīng)運(yùn)放LF365處理，可以獲得正負(fù)對稱、幅值為Uc的標(biāo)準(zhǔn)正弦波SINE。圖3.5標(biāo)準(zhǔn)正弦波形成電路要產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)正弦波的頻率f1=50Hz，那么掃描頻率應(yīng)該為：fhf1N5020XXHz102.4kH，和前面分頻電路得到的頻率一致。正弦波的頻率由z武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書穩(wěn)定度相當(dāng)高的晶振分頻得到，故正弦波的波形畸變率很低；正弦波的幅值受控于給定電壓。因此，該電路是一個高精度的正弦發(fā)生器。上述電路具有通用性，對一個已經(jīng)寫好數(shù)據(jù)的EPROM，若改變正弦掃描頻率，可以改變標(biāo)準(zhǔn)正弦波頻率；若改變EPROM中的數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)不同的PWM調(diào)制策略，如梯形波調(diào)制，注入特定次諧波；若再增加兩套電路，在3個EPROM中存放相位互差120XX數(shù)據(jù)，就可實(shí)現(xiàn)三相SPWM控制。3.3.3三角波形成電路分頻電路提供了三角波頻率信號，即為9.6kHz的脈沖信號，應(yīng)用隔直、比例和積分電路即可得到幅值適當(dāng)，正負(fù)對稱的三角波，其頻率為9.6kHz。3.3.4SPWM形成電路本裝置SPWM形成電路如圖3.6所示，正弦波信號SINE和三角載波信號TR來自前級電路；TL084是運(yùn)算放大器，一TR由它接成的反向器得到。電路中大量使用了芯片LM311，它是DIP8封裝的快速電壓比較器，不僅可以作為比較器，還可以利用他的特點(diǎn)做脈沖封鎖。下面介紹它的應(yīng)用：8腳、4腳分別接芯片電源的正、負(fù)端；2腳、3腳分別是同向、反向輸入；1腳是低電平設(shè)定（可接電源負(fù)或地），它的電壓值決定了LM311輸出的低電平值；7腳為輸出端，邏輯判斷為“高電平”時，集電極開路（OC門特性），因此，7腳必須有上拉電阻同正電源連接，否則，沒有高電平輸出，圖中的R1、R2、R3、R4等都是上拉電阻；5、6腳用來調(diào)節(jié)輸入平衡（可不用），6腳還可以用作選通，如果LM311的6腳接低電平。其輸出恒為高電平，這個特點(diǎn)往往用來設(shè)置脈沖封鎖。該系統(tǒng)設(shè)置PWM信號低電平有效，即PWM信號為低電平時，驅(qū)動電路產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，IGBT導(dǎo)通。Lock為保護(hù)電路輸出的脈沖封鎖信號；在電路出現(xiàn)故障時，lock的低電平送到后級各個LM311的6腳，使所有PWM為高電平封鎖驅(qū)動脈沖。如果不利用LM311封鎖驅(qū)動，也可以設(shè)置PWM高電平有效，取消后級的LM311。武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書圖3.6SPWM波形成電路圖3.6中R1~R4，C1~C4和Rp還組成了死區(qū)形成電路，參數(shù)大小決定死區(qū)時間，Rp可以調(diào)節(jié)死區(qū)大小；IGBT的開關(guān)時間為2us左右，死區(qū)時間設(shè)為4us。該裝置采用了一種數(shù)模結(jié)合的SPWM控制電路，其框圖如圖2所示，它由數(shù)字分頻電路、三角波形成電路、調(diào)節(jié)器、標(biāo)準(zhǔn)正弦波控制電路及PWM形成電路等組成。系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)是為了穩(wěn)定電壓，電流調(diào)節(jié)是為了限制輸出電流。電源的正弦輸出畸變率小于5%，要求不是太高，逆變器的輸出功率1kW也不大。因此，系統(tǒng)僅采用電壓平均值閉環(huán)控制，穩(wěn)定輸出電壓，對輸出波形采用開環(huán)控制，即直接將幅值受控的標(biāo)準(zhǔn)正弦波和三角波比較。在3片EPROM內(nèi)寫入3個相差120XX正弦波數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后，形成3個互差120XX正弦波。它們同一三角載波比較，便可得到三相SPWM控制脈沖分別驅(qū)動3個橋臂。3.4驅(qū)動電路IGBT的驅(qū)動電路型號很多，IR21系列是國際整流器公司退出的高壓驅(qū)動器，一片武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書IR20XX課直接驅(qū)動中小容量的6支場控開關(guān)管，并且只需要一路控制電源。IR20XX是28引腳雙列直插式集成電路，應(yīng)用方法如圖3.15.HIN1、HIN2、HIN3為3個高側(cè)輸入端，LIN1、LIN2、LIN3為3路低側(cè)輸入端，HO1、VS1、HO2、VS2、HO3、VS3為3路高側(cè)輸出端，LO1、LO2、LO3為3路低側(cè)輸出端，Vss為電源地，VSD為驅(qū)動地，VB1、VB2、VB3為3路高側(cè)電源端，F(xiàn)ALUT為故障輸出端，ITRIP為電流比較器輸入端，CAO為電流放大器輸出端，CA為電流放大器反向輸入端。圖3.7IR2130結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路采用IR2130作為驅(qū)動電路時，外圍元件少，性價比明顯提高。它的高壓側(cè)的3路驅(qū)動電源有Ucc采用自舉電路得到。3支快速二極管的陰極電位是浮動的，因此，它的反向耐壓值必須大于主電路的母線電壓峰值。IR2130最大正向驅(qū)動電流250mA，反向峰值驅(qū)動電流500mA；內(nèi)部設(shè)有過流、過呀、欠壓、邏輯識別保護(hù)；它的浮動電壓做大不超過400V。3.5控制器設(shè)計當(dāng)采用瞬時值內(nèi)環(huán)反饋雙環(huán)控制時，內(nèi)環(huán)為瞬時值環(huán)，用來控制輸出電壓波形的正弦波，外環(huán)采用平均值控制，以保證電壓的平均值與參考值一致。如果波形正弦度好，平均值和有效值一一對應(yīng)關(guān)系。平均值外環(huán)的PI調(diào)節(jié)器輸出控制正弦波幅值，幅值乘以單位正弦波后的信號為內(nèi)環(huán)給定，與輸出電壓瞬時值比較經(jīng)內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出正弦波調(diào)制信號，與三角載波比較后產(chǎn)生的武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書PWM信號經(jīng)過驅(qū)動電路控制逆變器的開關(guān)器件。圖3.8瞬時值內(nèi)環(huán)反饋雙環(huán)控制3.6輔助電源在橋式逆變電路中，一個橋臂上下兩管驅(qū)動電路的電源應(yīng)各自獨(dú)立，兩個橋臂上的管無共地點(diǎn)下管可以共地。因此，驅(qū)動6管時，至少要有3路獨(dú)立電源。采用單端反激式開關(guān)電源作為輔助電源提供3組20XX源和±12V電源。3組20XX源分別作為6個IGBT的驅(qū)動模塊電源，±12V電源給控制系統(tǒng)的芯片供電。只要有直流輸入，輔助電源就供電，控制系統(tǒng)就具備控制和保護(hù)能力。3.7總電路由此得到電路圖如3.9。圖3.9總電路圖武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書系統(tǒng)元件有關(guān)參數(shù)的計算在電路中輸入為110KVDC，輸出為380VAC50Hz，輸出功率為P3000W，功率因數(shù)設(shè)為cos1。調(diào)節(jié)升壓電路的占空比1EU011103800.71使輸出為400V，調(diào)制比為1，求得逆變器輸出的基波電壓有效值為Ub400/2282.84V。初步計算變壓器的變壓比為k380/4000.95。則電路各元件選取如下：4.1開關(guān)管和二極管的選擇(1)開關(guān)管的選擇最大輸出情況下，電流有效值為ImaxPVcos300038017.895A開關(guān)管額定電流ICEICE2Imax27.89515.79A開關(guān)管額定電壓VCERVCER2VM2380760V(2)二極管的選擇額定電壓VRRVRRM380V最大允許的均方根正向電流Ifrms2IFR1.57IFR二極管的額定電流為IFRImax1.577.8951.575.03A4.2L、C濾波器的設(shè)計輸出濾波器的作用是減小輸出電壓中的諧波，并保證基波電壓輸出。因?yàn)V波電容和負(fù)武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書載并聯(lián)，它可以補(bǔ)償感性電流，但是，濾波電容過大，反而會增加變壓器的負(fù)擔(dān)。因此，在設(shè)計濾波電路的時候，首先確定濾波電容的值。設(shè)計基本原則就是在額定負(fù)載時，使容性電流補(bǔ)償一半的感性電流。ICPsin2U0cosICU030000.623800.82.96380250A2.96ACF24.79F取C=25F，選擇500Hz、500V的交流電容。開關(guān)管的工作頻率取7.2kHz逆變橋輸出電壓除基波外，還含有高次諧波，最低次諧波為2p1次，而pfsf720XX0144，得到f(220XX1)5019950Hz考慮到死區(qū)的影響，一般選取輸出濾波器的諧振頻率為最低諧振頻率的1/5～1/10。取諧振頻率為2kHz,算出L1C(1220XX1k)10.952124.7910261184.961060.256mH折算到原邊，L1()2L()0.2560.284mH4.3輸出變壓器選擇電源的輸出功率為3KVA，cos1，頻率f50Hz。根據(jù)變壓器選擇手冊可選擇SD40*80*220XX的50Hz鐵芯，查得變壓器視在功率為3529VA。本設(shè)計采用SD型鐵芯，用冷軋取向硅鋼薄板DQ151-35材料，占空系數(shù)Kc0.92。求得磁芯截面積ScKP/KC1.23529/0.9277.49cm，若選取最大磁密Bm120XXGs.1)副邊繞組逆變橋輸出的SPWM波經(jīng)過電感濾波后還是有一定的高頻分量，一般取Br80%Bm0.8120XXGs9600Gs。根據(jù)-8變380V壓器電壓關(guān)系式U04.44fN2BrSc4.4450N2960077.4910可求得N2230。取230匝。2）原邊繞組逆變器輸出的基波電壓理想值為282.84V。兩只開關(guān)管的壓降為4V左右，開關(guān)頻率武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書fs7.2kHz，死區(qū)設(shè)為td4s，則死區(qū)引起的最大電壓損失為UfstdUb7.21041036282.848.12V基波電流在濾波電感上的壓降為UL2fLI12500.2841038.120.724V漏感的阻抗壓降一般為3%～5%的基波電壓，按12V估算，則變壓器的原邊電壓U1(4008.120.72412)379.2V變壓器變比為kU2/U1380/379.21.00N1N2/k229.5，取300匝。武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書小結(jié)很難想象最終還是把這個拓展訓(xùn)練做下來了，因?yàn)橹虚g過程是多么曲折。當(dāng)我剛拿到設(shè)計任務(wù)的時候，乍一眼看我還覺得題目比較簡單，就是一個DC-AC轉(zhuǎn)換電路，然后我腦海中立馬浮現(xiàn)出課本上學(xué)的逆變電路圖，簡單的六只開關(guān)管接成橋式電路然后接負(fù)載。后來當(dāng)我真正開始付之行動時才發(fā)現(xiàn)實(shí)際做起來要比理論分析難很多。做任何事都要先有計劃。首先，我解決的第一個問題是方案問題，根據(jù)輸入輸出電壓的差別，我決定先用一個升壓電路將直流電壓進(jìn)行升壓處理后才輸入到逆變器，而逆變器主電路則采用我們學(xué)的最多的三相橋式電路。然后，我對各種模塊電路進(jìn)行了理論復(fù)習(xí)，記下每個電路需要哪些器件，以及各自的作用，在紙上畫出了大概的模型圖，以便設(shè)計時參考。感覺這次拓展訓(xùn)練最難的地方是選擇元件和計算參數(shù)，每個元件都有它的額定工作條件或范圍，適當(dāng)選擇和使用才可以發(fā)揮出該原件最大的效益和作用，否則可能是電路工作不可靠或損壞元件。在計算變壓器的型號、尺寸、鐵芯材料、變比匝數(shù)時，花了很大氣力。因?yàn)橹皬膩頉]學(xué)過這么細(xì)，很多內(nèi)容相對比較陌生，只能對著書上的例子，再仔細(xì)瀏覽設(shè)計手冊，一步一步的計算與選擇。此次三相pwm逆變器的設(shè)計中也存在一定的問題，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還需要提高。專業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題鍛煉實(shí)際能力的主要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電子技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為大學(xué)生來說，掌握電子的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫞舜瓮卣褂?xùn)練，至今我仍感慨頗多，在過去的一個星期里，可以說是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的知識。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說是困難重重，難免會遇到各種各樣的問題，比如有時候被一些小的、細(xì)的問題擋住看前進(jìn)的步伐，讓我總是為解決它而花費(fèi)很長的時間，最后還要查閱其他的書籍才能找到解決的辦法。當(dāng)然最關(guān)鍵的還是要靠自己親自去領(lǐng)會思考如何解決問題，掌握獨(dú)自面對問題分析問題的方法。不少人抱怨在大學(xué)學(xué)不到東西，我并不這樣認(rèn)為。我想無論是在學(xué)習(xí)還是在生武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書活上只有自己真正用心去學(xué)習(xí)和參與才可能有收獲，這也算是本次三相pwm逆變器拓展訓(xùn)練給我知識之外的一點(diǎn)小小的感悟?？傊敬瓮卣褂?xùn)練的收獲確實(shí)很多，很珍惜這樣的機(jī)會，因?yàn)榭梢藻憻捵约禾嵘约骸＿@次的拓展訓(xùn)練終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在努力下終于迎刃而解。同時發(fā)現(xiàn)了還有很多工具及理論以后待學(xué)習(xí)。此次拓展訓(xùn)練培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維，通過它架起理論與實(shí)際的橋梁。武漢理工大學(xué)《能力拓展訓(xùn)練》說明書參考文獻(xiàn)[1]楊蔭福.電力電子裝置及系統(tǒng).北京：清華大學(xué)出版社，20XX[2]劉力.PWM技術(shù)在電源中的應(yīng)用.武漢：武漢大學(xué)出版社，20XX[3]王兆安.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20XX[4]楊澤民.電力電子技術(shù)原理與應(yīng)用.沈陽：東北工學(xué)院出版社，1999[5]RobertH.Bishop.ModernContorlSystemsAnalysisandDesign-UsingMATLABandSimulation[M].影印版.北京：清華大學(xué)出版社，20XX第五篇：電能教學(xué)設(shè)計八年級物理下冊第八章：第一節(jié)：《電能》教學(xué)設(shè)計學(xué)校：潁州中學(xué)姓名：李志遠(yuǎn)20XX年3月26日第八章：第一節(jié)：《電能》教學(xué)設(shè)計一、教材內(nèi)容及學(xué)生情況分析本節(jié)內(nèi)容是第八章電功率的第一節(jié)，本章是在學(xué)生學(xué)習(xí)了歐姆定律的基礎(chǔ)上，把對電學(xué)的研究拓展到電能和電功率，它是初中物理的重點(diǎn)內(nèi)容之一，也是難點(diǎn)之一。這一節(jié)主要講述電能這個重要的電學(xué)概念。在初中物理學(xué)習(xí)的知識體系中，能是一個處于核心地位的概念。電能和我們的生活息息相關(guān)，現(xiàn)在的社會一時一刻也離不開電能。新教材單列一節(jié)目的是讓學(xué)生能比較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電能知識。教材中雖沒有明確給出電能的含義，但學(xué)生對電能的來源和利用、電能表的使用已有了一定的感性認(rèn)識，在生活中已經(jīng)深刻體味到物理學(xué)在促進(jìn)人類社會發(fā)展中的重要作用，但缺乏具體的認(rèn)識，因此教學(xué)中可利用多媒體課件中豐富的視屏資源為學(xué)生的自主、合作、探究學(xué)習(xí)提供強(qiáng)有力的保障。二、教學(xué)目標(biāo)：1、知識與技能（1）了解電能的各種來源與應(yīng)用；（2）知道電能及電功的單位；（3）會使用家庭電能表。2、過程與方法（1）通過調(diào)查、查閱資料收集電能的各種來源和各種應(yīng)用的知識，學(xué)習(xí)收集和處理信息的方法；體驗(yàn)電能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。（2）通過小組的討論與交流，課堂踴躍發(fā)言，了解電能對促進(jìn)人類社會進(jìn)步與發(fā)展的重要作用。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）初步認(rèn)識科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對人類社會的發(fā)展具有巨大的促進(jìn)作用；（2）培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的求知欲，使學(xué)生樂于探究日常生產(chǎn)生活中所包含的物理學(xué)知識，提高學(xué)習(xí)物理的興趣。三、教學(xué)重點(diǎn)：認(rèn)識電能及電源和用電器工作過程中能量的轉(zhuǎn)化情況。四、教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)生對電能的理解及電能表的相關(guān)知識。五、教學(xué)設(shè)計思路教學(xué)流程：結(jié)合學(xué)生實(shí)際，對教材做如下處理：第一環(huán)節(jié)：打開探究之門。教師組織學(xué)生收集、觀察家用電器并提出思考“電能在現(xiàn)代社會中有那些廣泛來源與應(yīng)用？”以身邊的實(shí)例豐滿、深化學(xué)生對電能的認(rèn)識，突出科學(xué)、社會、生活的關(guān)系。第二環(huán)節(jié)：探究與發(fā)現(xiàn)。通過探究發(fā)現(xiàn)電能與我們生活息息相關(guān)，交流生活中還有哪些電能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，然后從不同家庭使用電能多少的不同，來引入電能的單位，從而介紹單位的換算關(guān)系。在此基礎(chǔ)上介紹電能的測量工具──電能表，并把新型、現(xiàn)代化的電能表及時引進(jìn)課堂。第三環(huán)節(jié)：創(chuàng)新與實(shí)踐。如何測量家用電器的電能（課后完成），變單一的技能培養(yǎng)為創(chuàng)新意識的建立與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。利用小資料培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約用電的意識。本課設(shè)計中力圖體現(xiàn)：“自主、合作、探究”的課堂教學(xué)特色。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、合作交流中發(fā)現(xiàn)，在探究中創(chuàng)新。六、教學(xué)準(zhǔn)備：1、教師準(zhǔn)備：多么媒體教學(xué)課件、電能表2、學(xué)生準(zhǔn)備：課前利用各種條件收集整理有關(guān)電能的以下信息：①電能有哪些來源？②電能在生活和生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用？③收集下載電能表圖片。④抄下家里電能表銘牌上的信息。⑤收集一張用電繳費(fèi)單。七、教學(xué)過程：（一）創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課。能源是人類社會發(fā)展進(jìn)步的重要資源之一。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國對能源的需求日益增長。電能在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，我們的生活已離不開電能。教師播放關(guān)于能源的多媒體資料。那么這些電是從哪里來的？（激趣引思，啟發(fā)談話）這節(jié)課我們就一起來學(xué)習(xí)第八章《電功率》的第一節(jié)：電能。（二）探究新知1、電能結(jié)合生活中有關(guān)能的概念，使學(xué)生形成初步的能的概念。引導(dǎo)學(xué)生分析電能的來源。引導(dǎo)學(xué)生分析電流經(jīng)過用電器消耗電能的過程。（1）電能的來源觀察章首頁，說一說。你知道這是什么嗎？風(fēng)車田的風(fēng)車是用來發(fā)電的，哪位同學(xué)能簡要地回答風(fēng)車發(fā)出的電是由什么能轉(zhuǎn)化來的？風(fēng)力發(fā)電有什么好處？除了我們剛才了解的風(fēng)力發(fā)電外，同學(xué)們還知道什么可以發(fā)電？師利用多媒體播放相關(guān)信息。（火力發(fā)電，是用煤來發(fā)電的；水力發(fā)電，例如三峽工程就可以發(fā)電。一些小水電站也都是利用水力發(fā)電的。核電站，我們國家有大亞灣核電站和秦山核電站。太陽能發(fā)電，潮汐也能發(fā)電，地?zé)?、有些廢料垃圾還能發(fā)電。）同學(xué)們，可能還有許多尚未開發(fā)的新能源能變成電能，等待著同學(xué)們，利用你們的智慧，利用你們努力學(xué)習(xí)掌握的知識去開發(fā)、利用，為人類造福。（2）電能的利用。今天的人們，已經(jīng)離不開電了。無論走到哪里，都可以看見電能在工作。請同學(xué)們說一說你知道的用電的地方有哪些，電能是怎樣工作的？學(xué)生閱讀教材回答。教師歸納：電能讓電燈泡發(fā)光，電能通過燈泡轉(zhuǎn)化成了光能。電能還能轉(zhuǎn)變成熱能，如電飯鍋、電爐、電熱水器等。電能還能轉(zhuǎn)變成動能，如電風(fēng)扇、電動車。家里的電視、電冰箱、洗衣機(jī)、電腦，爸爸用的電動剃須刀，媽媽用的電熨斗、電吹風(fēng)等都要用電才能工作。工廠里機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)要用電，農(nóng)村的抽水機(jī)、磨面機(jī)也要用電才能工作。2、電能的單位提出問題，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)教材相關(guān)內(nèi)容。⑴電能的單位是