基于UC3524的逆變電源設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

基于UC3524的逆變電源設(shè)計(jì)逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能變幻的裝置，主要應(yīng)用與銀行、通信、醫(yī)院、金融等重要機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括逆變電路原理分析、微機(jī)控制電路設(shè)計(jì)、主電路設(shè)計(jì)、主要開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)，保護(hù)設(shè)計(jì)，主電路設(shè)計(jì)采用開關(guān)頻率高導(dǎo)通壓降低功耗隔離，使整個(gè)電路系統(tǒng)與外接電網(wǎng)和負(fù)載完全電氣隔離。電源保護(hù)電路主要有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)，通過將主電路中的電壓電流信號(hào)反饋到控制電路中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我保護(hù)功能。為保證輸出穩(wěn)定的交流電壓，對(duì)交流輸出電壓進(jìn)行取樣，經(jīng)過采樣電路處理反饋到控制電路中進(jìn)行分析，使輸出電壓幅值穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)。UC3524INVERTERBASEDPOWERSUPPLYDESIGNEDABSTRACTtechnologychangingdevice,themainapplicationandbanking,designusinghighswitchingfrequencytoreducepowerconsumptionlowKERWORD：Power 第1章逆變電源設(shè)計(jì)方案論證 1.1設(shè)計(jì)背景 1.1.1基于UC3524逆變電源的設(shè)計(jì)思路 1.2逆變電源的逆變電路及控制方案 1.2.1逆變電路的驅(qū)動(dòng)控制 1.3逆變電源的特性分析 1.3.2逆變電源技術(shù)特性 1.4設(shè)計(jì)方案總體規(guī)劃 第2章逆變電源硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1逆變橋驅(qū)動(dòng)器選擇 2.1.1逆變電路對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求 2.1.2逆變電路驅(qū)動(dòng)器選擇 2.2逆變電源硬件設(shè)計(jì) 2.2.1全橋逆變電路設(shè)計(jì) 2.2.2驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì) 2.2.3逆變輸出采樣電路 2.2.5逆變電源保護(hù)電路2.2.9微機(jī)控制2.3逆變電源穩(wěn)定性設(shè)計(jì)3.1MAX187工作時(shí)序3.2MAX187驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)3.3微機(jī)軟件設(shè)計(jì)思路第4章逆變電源輸出波形的改進(jìn)4.1PWM控制的基本原理4.2單相PWM逆變電路及其控制方法4.2.1SPWM波形實(shí)現(xiàn)方法4.2.2SPWM逆變電路諧波分析5.1全文工作總結(jié)5.2后續(xù)工作展望參考文獻(xiàn)外文資料翻譯逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能變幻的裝置，它從交流或直流輸入，經(jīng)電能變換獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。隨著各行各業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展和對(duì)操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接從交流電網(wǎng)提供的交流電來獲取電能，而是通過各種形式對(duì)其進(jìn)行變換，從而得到各自所需的電能形式。逆變電源就是為滿足這類行業(yè)的需求而開發(fā)的電氣設(shè)備。逆變電源技術(shù)是一門綜合性的專業(yè)技術(shù)，它橫跨電力、的熱點(diǎn)之一。逆變電源廣泛應(yīng)用于航空、航海、、電力、鐵路交通、郵電通信等諸多領(lǐng)域?；赨C3524的后備式逆變電源要求輸出220V/50Hz的穩(wěn)壓恒頻的應(yīng)急處理功能。在市電斷電時(shí)，觸發(fā)內(nèi)部供電自動(dòng)切換電路，完成內(nèi)部供電從市電供電到電池供電的切換，同時(shí)逆變電源自動(dòng)檢測斷電，并將信息反饋到內(nèi)部微機(jī)控制，微機(jī)對(duì)反饋的斷電信息進(jìn)行處理，將電源輸電恢復(fù)正常時(shí)，逆變電源將自動(dòng)完成上述相反過程。在輸出短路或過載時(shí)，逆變電源將立刻停止交流輸出，并將故障反饋到微機(jī)，對(duì)故障信息進(jìn)行處理，保護(hù)電源，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。近年來，現(xiàn)代逆變技術(shù)主要朝著高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化以及并機(jī)技術(shù)的趨勢發(fā)展。而目前我國國內(nèi)的逆變電源按變換方式主要種逆變器體積大、笨重、噪音大、價(jià)格高、效率方面也有待進(jìn)一步提高。低壓直流，經(jīng)過高頻變壓器升壓后再整流成高壓直流，對(duì)其再進(jìn)行正弦電路復(fù)雜，但是因?yàn)椴捎昧烁哳l變換，因而體積小、重量輕、噪音小、效率高。基于上述兩種逆變方式的特性，本課題吸收了這兩種逆變電源變換方式的優(yōu)點(diǎn)，即通過UC3524產(chǎn)生50Hz的直流方波，控制由IGBT組成噪音大，開關(guān)損耗高，效率低的問題，此外這種逆變方式的電路結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)逆變電源的體積就會(huì)減小。本設(shè)計(jì)的逆變電源還直接引入微機(jī)控制，無需對(duì)電源外接微機(jī)控制模塊，提高了整個(gè)電源工作的可靠性和結(jié)構(gòu)上的整體性。是否正常是否正常第1章逆變電源設(shè)計(jì)方案論證1.1設(shè)計(jì)背景續(xù)向用電設(shè)備供電設(shè)計(jì)。其主要設(shè)計(jì)思路有以下三點(diǎn)：1、市電正常供電時(shí)，逆變電源通過旁路接通市電，給負(fù)載供電，逆變器自身供電也來自市電。此時(shí)，逆變電源工作在市電監(jiān)測狀態(tài)，對(duì)市電工作正常與否進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。2、市電斷電時(shí)，首先逆變電源會(huì)立刻將自身供電電源切換到蓄電池，交流電，將負(fù)載供電由旁路輸出切換到逆變輸出，給負(fù)載持續(xù)供電。N 輸出采樣Y逆變輸出旁路輸出逆變輸出負(fù)載3、電能質(zhì)量保證。為使逆變電源輸出穩(wěn)壓恒頻的交流電，逆變電源對(duì)輸出電壓實(shí)時(shí)進(jìn)行采樣，將采樣值反饋給逆變驅(qū)動(dòng)器，即整個(gè)逆變過程是閉環(huán)控制，保證電能質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。逆變電源有兩種工作狀態(tài)：a、旁路狀態(tài)，即市電正常時(shí)；b、逆變狀態(tài)，即市電斷電時(shí)。當(dāng)市電供電正常時(shí)，逆變電源工作在旁路狀態(tài)，即通過旁路，接通市電給負(fù)載供電。當(dāng)市電斷電時(shí)，逆變電源工作在逆負(fù)載供電。逆變電源整個(gè)工作過程為，逆變電源實(shí)時(shí)監(jiān)測市電狀況，當(dāng)市電正常時(shí)，逆變電源通過旁路對(duì)負(fù)載供電，當(dāng)檢測到市電斷電時(shí)，逆變電源工作在逆變狀態(tài)，將直流電逆變成交流電給負(fù)載供電。1.2逆變電源的逆變電路及控制方案1、半橋逆變電路個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管并聯(lián)組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個(gè)電容的連接點(diǎn)便成為直流電源的中點(diǎn)。負(fù)載連接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。半橋逆變電路的優(yōu)點(diǎn)是簡單，使用器件少。其缺點(diǎn)是輸出交流電壓串聯(lián)，工作是還要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡。因此半橋逆變電路常用于幾千瓦一下的小功率逆變電源。2、全橋逆變電路全橋逆變輸出電壓Um的幅值高出一倍，即Um=Ud。3、推挽逆變電路給輸出交流電壓。該電路的輸出電壓波形和幅值與全橋電路完全相同，優(yōu)點(diǎn)在于比全橋電路少用了一半的開關(guān)器件，缺點(diǎn)是開關(guān)器件承受的電單相逆變電路中應(yīng)用較多的全橋逆變電路作為該逆變電源的逆變電路。1、全橋逆變電路工作原理時(shí)刻前VT1和VT4導(dǎo)通，輸出負(fù)載電壓為Ud，能突變，VT3不能立刻導(dǎo)通，D3導(dǎo)通續(xù)流。因?yàn)閂T1和D3同時(shí)導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。到t2時(shí)刻VT1和VT2柵極信號(hào)反向，VT1截止而VT2為-Ud。t3時(shí)刻VT3和VT4柵極信號(hào)再次反向，VT3截止而VT4不能立刻不斷循環(huán)。2、全橋逆變開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)特定頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變電路中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。1.3逆變電源的特性分析該逆變電源的主要功能是在市電斷電的情況下，仍能給用電設(shè)備提供電能，使電器設(shè)備繼續(xù)工作。其工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換都是以市電的正常與否為依據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)快速切換。此外該逆變電源還具有以下幾大功能：1、過載和短路保護(hù)。當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)超負(fù)荷過載運(yùn)行或者發(fā)生短路時(shí)，電源系統(tǒng)會(huì)檢測到這一故障，并及時(shí)做出保護(hù)處理，避免電源遭受損壞。2、輸出穩(wěn)壓。為保證輸出電壓幅值的穩(wěn)定，電源控制電路對(duì)逆變輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，將采樣值反饋到控制電路進(jìn)行分析處理，保證輸出電壓滿足設(shè)計(jì)要求。3、建立人機(jī)對(duì)話平臺(tái)。逆變電源設(shè)有液晶顯示器、狀態(tài)指示燈等顯示設(shè)備，方便用戶通過這些設(shè)備，及時(shí)了解逆變電源的當(dāng)前工作狀態(tài)。在遇到特殊情況需要逆變電源停機(jī)是，還可以通過按鈕控制逆變電源中斷輸出，情況解除后，又可以使其恢復(fù)正常工作。4、蓄電池電量監(jiān)測。當(dāng)蓄電池進(jìn)行放電是，逆變電源對(duì)電池電量進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電量偏低時(shí)，發(fā)出報(bào)警警示，若此時(shí)沒有及時(shí)得到人為處理，進(jìn)一步放電使電量再次偏低時(shí)，逆變電源自動(dòng)中斷逆變輸出，發(fā)出低電警報(bào)，隨后自動(dòng)關(guān)機(jī)。逆變電源工作的穩(wěn)定性對(duì)逆變電源的性能提升至關(guān)重要。1、逆變電路開關(guān)器件采用低損耗、高開關(guān)頻率、高耐壓值的絕緣柵雙極型晶體管IGBT。2、雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC3524產(chǎn)生逆變電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。UC3524外部電路設(shè)計(jì)簡單，由它組成的逆變控制電路可靠性高，廣泛應(yīng)用于中、大功率逆變電源和開關(guān)電源。3、逆變電源的微機(jī)芯片為ATM公司的AT89S52低功耗COMS8位控制器，8K系統(tǒng)可編程Flash，256KRAM，32位I/O口線，看門狗定的數(shù)據(jù)被保護(hù)，振蕩器凍結(jié)，控制器停在工作，有效保護(hù)數(shù)據(jù)以免丟失。提高顯示的穩(wěn)定性可視性。電源下工作，接受0－5V的模擬輸入。MAX187為逐次逼近式ADC，蓄電池輸出微機(jī)控制蓄電池輸出微機(jī)控制1.4設(shè)計(jì)方案總體規(guī)劃逆變電源總體分為三大部分：1、逆變部分。該部分完成直流電到交流電的逆變過程，核心控制芯2、保護(hù)及檢測反饋部分。該部分主要保障逆變電源正?？煽抗ぷ?，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，逆變電路能及時(shí)進(jìn)行自我保護(hù)。蓄電池電量監(jiān)測使用了壓的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。源各部分正常工作。電量監(jiān)測電量監(jiān)測逆變部分逆變部分保護(hù)保護(hù)、反饋第2章逆變電源硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1逆變橋驅(qū)動(dòng)器選擇隨著集成電路技術(shù)的不斷成熟，與分立元件組成的電路相比，其可靠性穩(wěn)定性明顯高于分立元件組成的功能電路，并且集成電路外圍電路設(shè)計(jì)大多比較簡單，十分利于電路的開發(fā)設(shè)計(jì)。逆變電路的工作是否穩(wěn)定、正常直接關(guān)系到逆變輸出電能的質(zhì)量。如果逆變橋中的開關(guān)器件開通和關(guān)斷出現(xiàn)紊亂，這將直接降低輸出電能的質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致逆變失敗或短路嚴(yán)重的電路故障。此外，為保證逆變輸出電壓波動(dòng)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，必須設(shè)有輸出電壓采樣電路，而采樣值最好能直接反饋給驅(qū)動(dòng)器，及時(shí)的調(diào)整輸出電壓幅值，使其穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。鑒于此，集成驅(qū)動(dòng)器無疑是最優(yōu)選擇。逆變電路對(duì)驅(qū)動(dòng)器有一下幾點(diǎn)要求：1、輸出脈沖頻率可調(diào)。脈沖的頻率即為輸出交流電壓的頻率，該逆2、有脈沖驅(qū)動(dòng)功能，即可通過該控制端，使驅(qū)動(dòng)器處于關(guān)閉狀態(tài)，無驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。3、配有兩路驅(qū)動(dòng)脈沖輸出，分別用于逆變橋個(gè)橋臂控制。計(jì)簡單，便于開發(fā)。同時(shí)要在性能價(jià)格上均衡考慮，使系統(tǒng)即能滿足性能要求，又降低造價(jià)。T1、工作特性該部分是整個(gè)逆變電路的核心，擔(dān)負(fù)著將直流電變換成交流電的逆源輸出的最大功率。2、設(shè)計(jì)原理隨UGE的增大而增大，對(duì)其安全不利，使用中12V<UGE<18V為宜。本誤導(dǎo)通，一般選UGE=-5V為宜。率不宜過大，因?yàn)楦咚匍_斷和關(guān)斷會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓，很可能造成在正常工作及過載情況下不致退出飽和而損壞。G對(duì)IGBT工作性能有較大的影響。RG使柵射電壓引起器件誤導(dǎo)通，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，可以在柵射間并接電路出現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值與正負(fù)柵壓相同。3）柵極布線要求受外界干擾使門級(jí)間電壓超過一定值引起器件誤導(dǎo)通，甚至導(dǎo)致直通現(xiàn)象發(fā)生。為此，本設(shè)計(jì)中采用了如下兩種措施加以改善：極最近處；計(jì)功率為1.1kW。IGBT最高耐壓值1300V，最大工作電流50A，則該逆1.2kW。該部分為逆變橋提供驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，控制逆變橋工作。選擇雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC3524作為脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。1、雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC3524圖2-3UC3524內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)UC3524各引腳功能見表2-1。2、工作特性電源輸出反饋信號(hào)經(jīng)反饋電路處理后反饋給UC3524。此外，UC3524還對(duì)逆變電源進(jìn)行過載或短路保護(hù)。引腳號(hào)引腳功能123內(nèi)部振動(dòng)器鋸齒波輸出端67外接CT端8接地端93、電路設(shè)計(jì)TCT，可能力進(jìn)行換流，即器件換流。設(shè)計(jì)中，必須保證換流過程中換流不可重疊，即一路導(dǎo)通的前提必須是另一路完全關(guān)斷，否則就會(huì)造成短路，導(dǎo)橋臂間換流的順利完成，避免出現(xiàn)短路。為確保逆變輸出交流電壓幅值穩(wěn)定，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，并將采2、電路設(shè)計(jì)相輸入端。當(dāng)輸出電壓幅值偏高時(shí)，采樣電壓升高差分放大器的輸出電降低；當(dāng)輸出電壓幅值偏高時(shí)，為上述相反過程。內(nèi)部差分放大器的輸1、工作特性為了對(duì)逆變輸出的方波電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制，逆變輸出采樣電路對(duì)逆R47、R49、R51分壓后，送人雙端驅(qū)動(dòng)器UC3524的1引腳取樣輸入端，逆變輸出電壓經(jīng)變壓器取樣繞組降壓后，首先進(jìn)行整流。整流方式選擇正極性橋式整流，整流器件采用整流二極管。經(jīng)過整流后的直流電1、工作特性本設(shè)計(jì)的逆變電源為后備式，所以在市電正常情況下，負(fù)載由市電供電；當(dāng)市電故障時(shí)，負(fù)載則有逆變電源供電。負(fù)載供電電源在這兩種電源間的切換由逆變電源控制自動(dòng)完成。負(fù)載供電自動(dòng)切換電路完成負(fù)載供電在市電與逆變電源間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。2、電路設(shè)計(jì)切換電路主要器件是繼電器，選擇有一對(duì)常開觸頭和一對(duì)常閉觸頭的繼電器，觸頭額定參數(shù)為250VAC/10A，線圈額定參數(shù)24VDC。市電正常時(shí)，繼電器常閉觸頭接通市電給負(fù)載供電；市電故障時(shí)，繼電器動(dòng)作，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，接通逆變輸出，給負(fù)載供電。電路考慮到該電路是在帶負(fù)載的情況下進(jìn)行電源自動(dòng)切換，切換過程中，觸頭會(huì)產(chǎn)生電弧，所以選擇繼電器時(shí)，繼電器的觸頭材質(zhì)要耐高溫，而且觸頭系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)有滅弧裝置，防止產(chǎn)生的電弧燒壞觸頭，造成觸頭接觸不良而影響供電性能。逆變電源除了要輸出穩(wěn)壓恒頻的交流電外，當(dāng)電路或負(fù)載發(fā)生短路、嚴(yán)重過載故障時(shí)，要能進(jìn)行及時(shí)自我保護(hù)，防止電源損壞。故為電源設(shè)計(jì)過載保護(hù)電路是不可缺少的環(huán)節(jié)。為保證電路或負(fù)載短路、長時(shí)間過載時(shí)能可靠的進(jìn)行自我保護(hù)，保護(hù)電路設(shè)計(jì)了雙重保護(hù)，即設(shè)計(jì)特定的保護(hù)電路，作為一級(jí)保護(hù)，當(dāng)發(fā)生短路、過載故障時(shí)，首先啟動(dòng)一級(jí)保護(hù)。在逆變電源輸出端和市電接護(hù)出現(xiàn)故障，不能對(duì)電源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，二級(jí)保護(hù)啟動(dòng)，確保了電源可靠路對(duì)電壓進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以直接送入微機(jī)處理的電平信號(hào)。送入微機(jī)后，對(duì)電路故障進(jìn)行報(bào)警等處理，告知操作員及時(shí)作出人為故障處理。市電斷電監(jiān)測電路對(duì)市電是否正常進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)市電突然斷電時(shí)，發(fā)出斷電信號(hào)給逆變電源；當(dāng)市電供電恢復(fù)正常時(shí)，發(fā)出恢復(fù)供電信號(hào)該部分電路主要是給微機(jī)提供市電運(yùn)行狀態(tài)信息，微機(jī)通過外部中斷對(duì)市電運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掃描檢測。當(dāng)市電運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，監(jiān)測電路輸出對(duì)應(yīng)為高低電平的跳變。逆變電源除了給負(fù)載提供電源外，其自身的運(yùn)行也要消耗電能。為保證蓄電池的放電時(shí)間，在市電正常時(shí)，逆變電源從電網(wǎng)獲取電能給自身供電；當(dāng)市電故障斷電時(shí)，蓄電池才對(duì)其供電，這樣提高了蓄電池的使用效率。MOSFET；有電池反極性保護(hù)及外接P-MOSFET的柵極箝位保護(hù)；可采用微制器進(jìn)行2-2。表2-2LTC4414各引腳功能1STAT漏極開路輸出狀態(tài)引腳。使用時(shí)需外接上拉電阻，輸出狀態(tài)信電平。2CTL邏輯電平控制信號(hào)輸入端?？刂仆饨覲-MOSFET的通斷，加高電平時(shí)，P-MOSFET由導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止。3GND接地NC空腳6SENSE有兩個(gè)功能：電源輸入端，給內(nèi)部電路供電；電源電壓檢測輸入端，該端通常由輔助電源供電，該輔助電源還向負(fù)載供電。7主電源輸入端。該輸入通常由一個(gè)用于向負(fù)載輸送電能的蓄電把該引腳旁路至地，抑制負(fù)載瞬變。8GATE外接P-MOSFET的驅(qū)動(dòng)端。當(dāng)未接入輔助電源時(shí)，此端直接由模擬控制器控制，使外接P-MOSFET導(dǎo)通；當(dāng)無輔助電源時(shí)，GATE端電壓升到SENSE端電壓，P-MOSFET關(guān)斷。2、電路設(shè)計(jì)該電路完成逆變電源自身供電電源在市電電網(wǎng)和蓄電池間相互切換，即當(dāng)市電電網(wǎng)斷電時(shí)，供電電源切換到蓄電池；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，供電電源切換至電網(wǎng)供電。整個(gè)切換過程要求迅速，切換時(shí)間短，以保證逆變電源內(nèi)部電路持續(xù)不間斷工作。LTC4414的主電源輸入端Vin接24V蓄電池，CTL接地。GATE端STAT端上拉47K電阻到主電源，接市電P-MOSFET驅(qū)動(dòng)端，接通或切至Vin引腳電壓以上達(dá)20mV左右，STAT引腳從開路狀態(tài)變至一個(gè)5mAP-MOSFET導(dǎo)通。此時(shí)，GATEP-MOSFET。市電壓一下，STAT引腳開路，使市電P-MOSFET關(guān)斷。同時(shí)，LTC4414控制Vin和SENSE引腳之間維持一個(gè)20mV的正向調(diào)節(jié)電壓，GATE驅(qū)動(dòng)所示。當(dāng)蓄電池在放電工程中，電量會(huì)逐漸降低，為防止蓄電池過放，導(dǎo)致蓄電池使用壽命縮短甚至電池直接損壞，逆變電源應(yīng)對(duì)蓄電池的電量進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)蓄電池電量偏低時(shí)要及時(shí)采取措施停止蓄電池繼續(xù)放電而損壞電池。1、MAX187串行12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX187為逐次逼近式ADC，工作電壓為5V，模擬輸入電壓范圍0~5V，片內(nèi)時(shí)鐘，高速三線串行接口設(shè)計(jì)。MAX187引腳排列如圖2-10所示。8238234765VDDAINSHDNREFSCLK CSDOUTGND圖2-10MAX187外形結(jié)構(gòu)圖表2-3MAX187引腳定義說明1VDD+5V電源2AIN模擬量輸入，范圍0~VREF3SHDN操作模式選擇，低電平為休眠模式，高電平或懸空為正常操作模式。高電平使用內(nèi)部參考電壓，懸空時(shí)禁止內(nèi)部參考。4REF基準(zhǔn)電壓。5GND接地6DOUT數(shù)據(jù)輸出7CS片選信號(hào)端8SCLK時(shí)鐘信號(hào)輸入。最高5MHz2、電路設(shè)計(jì)蓄電池平穩(wěn)放電過程中，放電電流會(huì)逐漸降低，當(dāng)電量不足時(shí)，放電電流會(huì)降幅更大。利用這一特性，在蓄電池接入端串入一個(gè)小電阻，取這個(gè)電阻的壓降，當(dāng)蓄電池電量偏低時(shí)，電阻上的壓降會(huì)降低到某個(gè)值，將這個(gè)電壓值作為判斷蓄電池電量是否偏低的門限電壓，當(dāng)電阻壓降高于這個(gè)門限電壓時(shí)，電池電量充足；當(dāng)電阻壓降低于這個(gè)門限電壓時(shí)，電池電量不足。 值符合MAX187模擬輸入要求。MAX187參考電壓取內(nèi)部參考，SHDN微機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器并不實(shí)時(shí)進(jìn)行工作，并且電池電量變化時(shí)緩慢的，可以間斷分時(shí)對(duì)蓄電池電量信息進(jìn)行采樣，這樣設(shè)計(jì)既減輕微機(jī)的工作量，又降低了逆變電源自身功耗，符合了低功耗的設(shè)計(jì)原則。 微機(jī)對(duì)逆變電源各種運(yùn)行數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行分析處理，并發(fā)送相應(yīng)控制命令，控制電源有序正常工作。1、AT89S52端口資源配置AT89S52片上內(nèi)置了8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口所示。P0P2.1P1.0負(fù)載供電自動(dòng)切換電路控制端，發(fā)出控制信號(hào)，完成負(fù)載電源的轉(zhuǎn)換P2.2電池電量信號(hào)周期采樣控制端P2.3啟動(dòng)逆變電源按鈕P1.2P2.4停止逆變電源按鈕P1.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘信號(hào)輸出P2.5故障報(bào)警信號(hào)（LED燈光）P1.4電池電量偏低報(bào)警P2.6負(fù)載供電模式LED顯示P1.5內(nèi)部電源供電指示信號(hào)P2.7負(fù)載供電模式LED顯示P2.0故障保護(hù)信號(hào)P3.2市電斷電信號(hào)輸入端2.3逆變電源穩(wěn)定性設(shè)計(jì)引起逆變電源工作不穩(wěn)定的因素主要有兩方面：一方面是逆變電源外界環(huán)境造成的，特別是逆變電源的工作環(huán)境溫度變化；另一方面是逆變電源自身產(chǎn)生的。為提高逆變電源的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)過程中采取的措施有：（1）采用集成器件代替分立器件。同一個(gè)功能電路模塊，可采用集成器件設(shè)計(jì)，也可以用各種分立器件組合設(shè)計(jì)。不同的是集成器件內(nèi)部元件參數(shù)一致性更好，工作時(shí)抑制溫度漂移現(xiàn)象比較好，而分立器件很難將這兩點(diǎn)做到完美，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用集成電路設(shè)計(jì)的盡量采用集成電路，如脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì)（2）采用物理隔離技術(shù)為隔離電網(wǎng)中可能參雜的各種諧波以及負(fù)載變化時(shí)帶來的各種噪聲，逆變電源與電網(wǎng)和負(fù)載連接時(shí)，使用變壓器將其與電網(wǎng)和負(fù)載完全的物理隔離，即逆變電源與電網(wǎng)、負(fù)載沒有直接電氣連接。這樣的設(shè)計(jì)方式使逆變電源工作在一個(gè)隔離出來的環(huán)境中，進(jìn)一步減少了受外界環(huán)境影響的可能性，同時(shí)也防止逆變電源本身產(chǎn)生的諸如諧波類的干擾饋送到電網(wǎng)中，造成電網(wǎng)污染。（3）采用雙重過載、短路保護(hù)保證出現(xiàn)短路或長時(shí)間過載時(shí)，電源能及時(shí)可靠的進(jìn)行自我保護(hù)，為此設(shè)計(jì)了雙重保護(hù)。一級(jí)保護(hù)使用電流互感器進(jìn)行檢測，通過特定的保護(hù)電路處理，動(dòng)作迅速；二級(jí)保護(hù)采用傳統(tǒng)的熔斷器保護(hù)。（4）運(yùn)用了模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行蓄電池電量管理蓄電池放電過程中，電量不斷降低，對(duì)蓄電池電量的管理直接關(guān)系量信息精準(zhǔn)的反饋給微機(jī)，使蓄電池放電效率提高，但又不會(huì)導(dǎo)致電池過度放電。第3章軟件設(shè)計(jì)3.1MAX187工作時(shí)序MAX187是串行12位分辨率逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。體積小，兼MAX187有兩種工作模式：正常模式和休眠模式，將SHDN置為低電或懸空進(jìn)入正常操作模式。A/D轉(zhuǎn)換過程：當(dāng)CS為低電平時(shí)，在下降沿MAX187的T/H保持電路轉(zhuǎn)換完成。此時(shí)可在SCLK端輸入一串脈沖將轉(zhuǎn)換結(jié)果從DOUT按順序要注意的是，在DOUT置為低電平啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，檢測到DOUT有效至少為13個(gè)。發(fā)晚脈沖后DOUT將置為高電平。圖3-1MAX187工作時(shí)序圖3.2MAX187驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序如下：//12MHz晶振#defineSCLKP1.3//MAX187時(shí)鐘#defineAOUTP1.2//MAX187數(shù)據(jù)輸出//MAX187片選{CS=0;{}SCLK=1;SCLK=0;hdata=0;{AOUT=1;SCLK=1;if(AOUT)在10s左右。hdata=0x01;}3.3微機(jī)軟件設(shè)計(jì)思路微機(jī)主要處理逆變電源各種工作狀態(tài)信息以及發(fā)出相應(yīng)的控制命令和報(bào)警信號(hào)。其主要工作任務(wù)如下：1、逆變電源開機(jī)時(shí)，完成電源各種初始化設(shè)置。對(duì)電網(wǎng)供電是否正常以及蓄電池電量進(jìn)行檢測，檢測完畢后，進(jìn)入待機(jī)模式，等待操作員按下運(yùn)行按鈕，發(fā)出啟動(dòng)命令。2、逆變電源工作過程中，讀取逆變電源各種工作狀態(tài)信號(hào)，如蓄電池電量、電網(wǎng)是否斷電、負(fù)載是否短路或長期過載等信息。微機(jī)根據(jù)這些信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)控制命令使逆變電源工作安全穩(wěn)定，同時(shí)，通過顯示器和信號(hào)燈，顯示逆變電源當(dāng)前工作狀態(tài)和工作情況。3、當(dāng)電網(wǎng)突然斷電時(shí)，首先微機(jī)內(nèi)部供電電路迅速將電源切換到蓄電池供電，保證逆變電源內(nèi)部電路持續(xù)正常工作。而后，微機(jī)發(fā)出控制流電壓，帶逆變工作穩(wěn)定后，斷電檢測電路檢測到的電網(wǎng)斷電信號(hào)反饋到微機(jī)，經(jīng)微機(jī)處理后，發(fā)送控制命令控制逆變輸出繼電器，將負(fù)載供電由電網(wǎng)切換到逆變電源，完成對(duì)負(fù)載繼續(xù)供電。這個(gè)過程時(shí)間較短，啟動(dòng)是否負(fù)載是否短路或過載啟動(dòng)是否負(fù)載是否短路或過載模式，關(guān)斷逆變輸出，保護(hù)電路將信號(hào)傳輸給微機(jī)，微機(jī)處理后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知操作員進(jìn)行故障查看以排除故障。開始初始化設(shè)置NNYYNN電網(wǎng)是否正常N電網(wǎng)是否正常YY第4章逆變電源輸出波形的改進(jìn)本設(shè)計(jì)的逆變電源出的交流電壓波形是方波，目前實(shí)際應(yīng)用中的逆WM技術(shù)對(duì)方波輸出進(jìn)行改進(jìn)。脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）就是利用控制半技術(shù)。本設(shè)計(jì)的逆變電源輸出為220V/50Hz的方波交流電壓，對(duì)PWM技術(shù)的應(yīng)用顯得十分基礎(chǔ)，PWM波形等幅等寬。4.1PWM控制的基本原理在采樣控制理論中有這樣一個(gè)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，其效果基本相同。沖量指的是窄脈沖的面積。0t00t0t幅值不等，而且脈沖頂部不是水平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。把上述脈沖序列用寬度不等而幅值相等的另一組數(shù)量相同的脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦波部分中點(diǎn)重合，且矩形脈這就是PWM波形。u 0 ub）0圖4-2用PWM波代替正弦波從圖可以看出，個(gè)脈沖幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化。根據(jù)脈WM波形。要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。4.2單相PWM逆變電路及其控制方法4.2.1SPWM波形實(shí)現(xiàn)方法1、面積等效法WM法的原理，先將正弦波用數(shù)量相等的同幅度不同寬度的矩形脈沖序列代替，再將脈沖之間的間隔與寬此來控制開關(guān)的開合，實(shí)現(xiàn)最終目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于各開關(guān)開合WM的基本原理，最WM波形產(chǎn)生需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，繁瑣的計(jì)算過程在實(shí)時(shí)控制問題上存在弊端。2、硬件調(diào)制法此方法是針對(duì)面積等效法計(jì)算過程繁瑣的缺陷而提出的。它的原理是：首先把期望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，其次它的載波就是接受調(diào)制候。它實(shí)現(xiàn)起來比較容易，將三角形載波以及正弦調(diào)制波產(chǎn)生電路來構(gòu)成模擬電路，它們的交點(diǎn)可以用比較器來確定，對(duì)開關(guān)器件的通斷控制WM波。但由于此種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其不容易實(shí)現(xiàn)精確控制。實(shí)際應(yīng)用中大多采用調(diào)制法，以下結(jié)合實(shí)際電路對(duì)這種方法做進(jìn)一步說明。圖4-3采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋?yàn)樽韪胸?fù)載，工作時(shí)VT1和VT2的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，VT3和VT4也互補(bǔ)。的正半周，使VT1保持通態(tài)，VT2保持壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段為負(fù)。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，VT1和VT4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓uo等于直流電壓Ud；VT4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流流過VT1和VD4續(xù)流，uo=0。在負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，仍為VT1和VT4導(dǎo)通時(shí)，因io為負(fù)，所以io實(shí)際uo=Ud；VT4關(guān)斷，VT3開通后，io從VT3和VD1續(xù)流，uo=0。于此，o的負(fù)半周，使VT2保持通態(tài)，VT1保持?jǐn)鄳B(tài)，VT3和圖4-3單相橋式PWM逆變電路3、軟件調(diào)制法軟件生成法就是通過微機(jī)控制技術(shù)利用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，它有兩種基本算法：自然采樣法和規(guī)則采樣法。1）自然采樣法自然采樣法就是在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開關(guān)器WM波最接近正弦波，但該方法要求解復(fù)雜的超越方程，微機(jī)在進(jìn)行計(jì)算式需花費(fèi)大量時(shí)間，難以完成實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算。2）規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法的輸出效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法D對(duì)正弦信號(hào)設(shè)正弦信號(hào)波為率。σ/2因此可得2TT 4T 4正弦信號(hào)波進(jìn)行調(diào)制時(shí)，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波分量。由于諧波分析過程很負(fù)責(zé)繁瑣，而結(jié)論卻簡單直觀。因此，這里僅對(duì)典型的頻譜圖做諧波分析。調(diào)制方式下輸出電壓的頻譜圖。諧波角頻率為