【正文】 （ 28） 設(shè)此階段電流初值為 10I , RL/?? ,解上式得 （ 29） 在 IGBT 處于斷態(tài)期間 ,設(shè)負(fù)載電流為 2i ,可以列出如下方程 ： （ 210） 1????ontEI1? ? off1o tIEU ?? ? o f f1oon1 tIEUtEI ??EtTEt ttU of fof f of fono ???Ttoff??EEU ?? ??? 1 11ooo1 IUEI ?RERUI ?1oo ??REIEUI 2oo1 1???M11dd ERitiL ?????????? ??? ?? ?? tt eREeIi 1M101EERitiL ??? M22dd 第 11 頁(yè) 共 45 頁(yè) 11 設(shè)此階段電流初值為 20I ,解上式得 （ 211） 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)從圖 2 b）的電流波形可看出 ， t= ont 時(shí)刻 1i = 20I ， t= oft 時(shí)刻 2i = 10I ，由此可得： （ 212） （ 213） 由以上兩式求得： （ 214） （ 215） 即 IGBT 進(jìn)入通態(tài)時(shí)的電流初值就是 IGBT 在斷態(tài)階段結(jié)束時(shí)的電流值 ， 反過(guò)來(lái) ， IGBT進(jìn)入斷態(tài)時(shí)的電流初值就是 IGBT 在通態(tài)階段結(jié)束時(shí)的電流值。 該式表示了 L 為無(wú)窮大時(shí)電樞電流的平均值 0I ，即 （ 219） 該式表明，以電動(dòng)機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源看作是被降低到了 。 升降壓斬波電路 升 降 壓斬波電路（ BoostBuck Chopper）的原理圖及工作波形如圖 3 所示 ： 圖 3 升降壓斬波電路及其波形 a）電路圖 b）波形 首先設(shè) L 值很大， C 值也很大。 V 斷時(shí)， L 的能量向負(fù)載釋放，電流為 2i 。當(dāng) 0? 1/2 時(shí)為降壓，當(dāng) 1/2? 1 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。 圖 4 Cuk 斬波電路及其等效電路 a） 電路圖 b） 等效電路 穩(wěn)態(tài)時(shí)電容 C 的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，也就是其對(duì)時(shí)間的積分為零，即 （ 41） 在圖 4b 的等效電路中，開(kāi)關(guān) S 合向 B 點(diǎn)時(shí)間即 V 處于通態(tài)的時(shí)間 ont ，則電容電流和時(shí)間的乘積為 2I ont 。因此， B 點(diǎn)電壓 BU 的平均值為 （ CU 為電容電壓 C 的平均值），又因電感 L1 的電壓平均值為零，所以 另一方面， A 點(diǎn)的電壓平均值為 ，且 L2 的電壓平均值為零，按圖 4b 中輸出電壓 0U 的極性，有 。主電路即直流斬波電路把輸入的 200V350V 的直流電壓變?yōu)橹绷?24V 電壓穩(wěn)定輸出；控制電路實(shí)現(xiàn)變換器的實(shí)時(shí)控制 ， 綜合給定和反饋信號(hào) ,微控制器處理后為斬波開(kāi)關(guān)器件提供開(kāi)通、關(guān)斷信號(hào)和保護(hù)功能；信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)電路完成信號(hào)的隔離和為斬波開(kāi)關(guān)器件提供脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電壓采樣電路采集電壓信號(hào)，輸出電壓模擬量，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換成微控制器能處理的數(shù)字量；電流保護(hù)電路防止系統(tǒng)過(guò)電流而損壞器件；低壓電源電路為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V 工作電壓；低通濾波電路由電感和電容組成，起到濾波的作用，減低輸出紋波，使輸出穩(wěn)定；續(xù)流電路的作用為：當(dāng)斬波開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，電路中電流能連續(xù)流過(guò)負(fù)載。根據(jù)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)選擇非隔離型 DCDC 斬波器 。根據(jù)降壓斬波的公式： ， 可見(jiàn)輸出電 壓 0U 同樣得到控制。 (1) IGBT 的結(jié)構(gòu)與工作原理 圖 6 IGBT 的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)端面示意圖 b)簡(jiǎn)化等效電路 c)電氣圖形符號(hào) IGBT 也是三端器件，具有柵極 G、集電極 C 和發(fā)射極 E。其簡(jiǎn)化等效電路圖如圖 7b)所示，可以看出這是用 雙極型晶體管和 MOSFET 組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由 MOSFET 驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū) PNP 晶體管。由于前面提到的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使得電阻 NR 減小，這樣高耐壓的 IGBT 也具有很小的通態(tài)壓降。 （ 2） IGBT 的基本特性 IGBT 的靜態(tài)特性。 在 +25176。 這分別與 GTR（電力晶體管） 的截止區(qū)、放大區(qū)和 飽和區(qū)相對(duì)應(yīng)。 IGBT 的開(kāi)通過(guò)程與 MOSFET 的相似，這是 因?yàn)殚_(kāi)通過(guò)程中 IGBT 在大部分時(shí)間作為 MOSFET 運(yùn)行 的。開(kāi)通時(shí)，集電極電壓 CEu 的下降過(guò)程分為 1fvt 和 2fvt 兩段 。 IGBT 的關(guān)斷 時(shí)，從驅(qū)動(dòng)電壓 GEu 的脈沖下降到其幅值的 90%的時(shí)刻起，到極電極電流 CI 下降 90%的 CMI 時(shí)刻止，這段時(shí)間為 關(guān)斷延遲時(shí)間 時(shí)間 )(offdt 。其中 1fit 對(duì)應(yīng) IGBT 內(nèi)部的 MOSFET 的關(guān)斷過(guò)程， 這段時(shí)間 CI 下降較快 ； 對(duì)應(yīng) 2fit IGBT 內(nèi)部的 PNP 晶體管的關(guān)斷過(guò)程， 這段時(shí)間 CI 下降較慢。在電壓 1000V 以上時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗只有 GTR（電力晶體管） 的 1/10，與電力 MOSFET（場(chǎng)效應(yīng)管） 相當(dāng)；相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比 GTR 大，且具有耐脈沖電流沖擊能力；通態(tài)壓降比VDMOSFET 低，特別是在電流較大的區(qū)域；輸入阻抗高，輸入特性與 MOSFET 類似；IGBT 與 MOSFET 和 GTR 相比，耐壓和 通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)。 經(jīng)過(guò)關(guān)斷時(shí)間 oft 后，控制脈沖又使IGBT 導(dǎo)通，上述過(guò)程重復(fù)發(fā)生 [1][6]。綜上所述，選擇西門(mén)子公司 的 BSM25GB120DN2 型 IGBT，其中 25 代表 IGBT 的工作電流為 25A， 120 代表其 IGBT 的工作電壓為 1200V。由 EU ??0 可得 TtEU on //0 ??? ，將 VU 240 ? ， VE 350? 代入上式有??? VVEU? ， 根 據(jù) 上 述 關(guān) 系 可 得 最 大 開(kāi) 關(guān) 周 期sstT on ??? ??? ，又時(shí)間常數(shù) TRL ?? /? ，其中負(fù)載電阻 第 19 頁(yè) 共 45 頁(yè) 19 ???? ，令 T?? 可求得 ?? ?350L ，所以可以取 ?? ?350L 。又輸出為穩(wěn)壓電壓 24V，為了留有裕量，可以選則 2C 的電壓為 VV 48224 ?? 。通常在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容的值，使 TRC )2/53( ?? 。由于主電路最大輸入電壓為 350V，當(dāng) IGBT 導(dǎo)通時(shí)5D 所承受的反向電壓即為350V，為考慮留有一定裕度，取二極管 5D 的反向電壓為 VV ?? 。由采樣要求可知電阻 3R 消耗的功率不能過(guò)大，過(guò)大就會(huì)消耗過(guò)多的功率，而過(guò)小則產(chǎn)生的電流信號(hào)微弱；另外根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能，只有足 夠大的采樣信號(hào)，才能使誤差最小，基于上述考慮可以讓電阻 3R 兩端的電流信號(hào)電壓為 ，由此得出電阻值為 ??? mAVR 405/ ，消耗的功率為WAV ???? ，其中 5A 為流過(guò)負(fù)載的最大電流，所以選用電阻 3R 的參數(shù)為 40mΩ /1W。微控制器選用單片機(jī)，其外圍電路由時(shí)鐘信號(hào)電路、復(fù)位電路和報(bào)警電路組成。單片微機(jī)系統(tǒng)作為自動(dòng)控制裝置的核心，具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、易開(kāi)發(fā)、易于擴(kuò)展、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，尤以 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S52應(yīng)用比較廣泛， AT89S52具有抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高、可在線編程等特點(diǎn)。 AT89S52是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能，采用 CMOS工藝的 8位單片機(jī)。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。當(dāng)用做通用 I/O口時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 第 22 頁(yè) 共 45 頁(yè) 22 負(fù)載；當(dāng)用作輸入時(shí)，每個(gè)端口首先置 1。在進(jìn)行編程校驗(yàn)時(shí)，需要外接 10KΩ的上拉電阻。在編程和校驗(yàn)期間， P1口可以輸入低字節(jié)地址。在訪問(wèn) 16位地址外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口為高 8位地址（即 PCH）?？捎米鐾ㄓ?I/O口，可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載。 （ 7） RST 復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。否則， ALE 將被微弱拉高。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN將無(wú)效。 第 23 頁(yè) 共 45 頁(yè) 23 （ 11） XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話， XTAL2 可以不接 ，而從 XTAL1 接入，如圖12 所示。 石英晶振 C1,C2=30PF177。一方面用戶訪問(wèn) 這些單元會(huì)得到不確定的結(jié)果，另一方面這些單元將用于將來(lái)開(kāi)發(fā)的單片機(jī)產(chǎn)品。也就是說(shuō)高 128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理地址上是分開(kāi)的。例如，下面的間接尋址方式中， R0 內(nèi)容為 0A0H，訪問(wèn)的是地址 0A0H的寄存器，而不是 P2口（它的地址也是 0A0H）。對(duì) WDTRST實(shí)施寫(xiě)操作，按先寫(xiě)入 01EH，后寫(xiě)入 0E1H的順序依次寫(xiě)入 WDTRST， WDT便啟動(dòng)，即從零開(kāi)始計(jì)數(shù)，每個(gè)機(jī)器周期自動(dòng)加 1。當(dāng) WDT激活后，用戶必須向 WDTRST寫(xiě)入 01EH和 0E1H避免 WDT溢出。當(dāng) WDT 計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將給 RST 引腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖輸出，這個(gè)復(fù)位脈沖持續(xù) 96個(gè)晶振周期（ TOSC），其中 TOSC=1/FOSC。通過(guò)硬件復(fù)位退出掉電模式后，用戶就應(yīng)該給復(fù)位 WDTRST，就如同通常 AT89S52 復(fù)位一樣。為了防止 WDT在中斷保持低電平的時(shí)候復(fù)位器件， WDT 直到中斷拉低后才開(kāi)始工作。默認(rèn)狀態(tài)下，在待機(jī)模式下， WDIDLE＝ 0， WDT繼續(xù)計(jì)數(shù)。 IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位 EA ，它能一次禁止所有中斷， 。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是 TF2 或 EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由 軟件清 0。各中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序首地址：外部中斷 0，其入口地址為 0003H；定時(shí)器 0中斷，中斷入口地址為 000BH；外部中斷 1，其入口地址為 0013H；定時(shí)器 1中斷，中斷入口地址為 001BH；定時(shí)器 2中斷，中斷入口地址為 002BH。 編程方法 :對(duì) AT89S52編程之前，需根據(jù) Flash編程模式表和對(duì)地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)設(shè)置。 控制電路原理 控制電路如圖 10 所示，由過(guò)電流保護(hù)電路、過(guò)電壓和過(guò)電流報(bào)警電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電壓采樣電路等組成。過(guò)電流判斷采用比較器，將輸入電流信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行比較，得到過(guò)流信號(hào)送到單片機(jī)的位口 ，單片機(jī)作出過(guò)流處理響應(yīng)，關(guān)斷 IGBT，起到過(guò)電流保護(hù)作用 [13][14]。它有兩個(gè)輸入端 (一個(gè)同相輸入端 ,一個(gè)反相輸入端 )、一個(gè)輸出端。 （ 4）過(guò)電流保護(hù)電路元件計(jì)算與選擇 根據(jù)電路需的要， 6D 、 7D 可選擇型號(hào)為 IN4007 的二極管，在電路中起到保護(hù)比較器 LM393 的作用，防止輸入電壓壓差過(guò)大而而損壞比較器 LM393。系統(tǒng)通過(guò)對(duì) 端口置 1 或置 0，控制 端口電平的高或低。當(dāng) 是高電平時(shí)，單片機(jī)程序使 電平高低交替變化，使發(fā)光二極管 12D 閃爍，從而表明已發(fā)生電流故障。當(dāng)發(fā)光二極管 13D 就閃爍時(shí)，表明電壓過(guò)高。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖 10 中所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要由 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)。利用 A/D 方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮三方面的內(nèi)容：一個(gè)方面是如何針對(duì)系統(tǒng)的需求選擇合適的 A/D 器件，二是根據(jù)選擇的 A/D 器件設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路，三是如何編寫(xiě)控制 A/D 器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的單片機(jī)程序。電阻 13R作用是限制通過(guò)二極管 13D 的電流 ,從而達(dá)到減少功耗和滿足對(duì)端口最大電流的限制。 元件計(jì)算：（見(jiàn)圖 10）電阻 12R 作用是限制通過(guò)發(fā)光二極管 12D 的電流，從而達(dá)到減少功耗和滿足端口對(duì)最大電流的限制。 過(guò)電流和過(guò)電壓報(bào)警電路 [12] （ 1）過(guò)電流報(bào)警電路 過(guò)電流報(bào)警電路由發(fā)光二極管 12D 和電阻限流電阻 12R 組成，起到過(guò)電流報(bào)警的作用。因 LM393 為 OC 門(mén)輸出，因此必須加上拉電阻，見(jiàn)圖 10 中 R14，電阻取值為 /。由主電 路中的取樣電阻R3產(chǎn)生電流信號(hào)經(jīng)過(guò) 6R