【正文】 。 微機控制采用目前工程應(yīng)用廣泛的數(shù)字信號處理器 DSP，將使逆變電源整個工作性能進行大幅提升，而且開發(fā)成本低，有效提高產(chǎn)品市場競爭力。 撰寫論文的過程也是對作者相關(guān)工作的階段性總結(jié)?？紤]到電網(wǎng)含有的各種諧波對逆變電源正常工作可能產(chǎn)生的干擾，在對電網(wǎng)供電情況進行檢測是，都是通過變壓器將逆變電源與電網(wǎng)進行電氣隔離。 。 本文著重研究設(shè)計了基于 UC3524 的逆變電源，包括逆變主電路設(shè)計方案、脈沖發(fā)生電路、保護及反饋技術(shù)。影響最大的是 角頻率為 ωc 的諧波分量。 圖 45 給出了取不同調(diào)制度 a 時，單相橋式 PWM 逆變電路在雙極性調(diào)制方式下輸出電壓的頻譜圖。 設(shè)正弦信號波為 tau rr ?sin? （ 41） 式中， a 為調(diào)制度， 0≤ a1； ωr 為正弦信號波角頻率。圖 44 為規(guī)則采樣法原理圖。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 圖 43 單相橋式 PWM 逆變電路 軟件調(diào)制法 軟件生成法就是 通過微機控 制技術(shù) 利用軟件來實現(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。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，VT1 和 VT4 導(dǎo)通時，負(fù)載電壓 uo 等于直流電壓 Ud； VT4 關(guān)斷時，負(fù)載電流流過 VT1 和 VD4 續(xù)流， uo=0。 圖 43 采用 IGBT 作為開關(guān)器件的單相橋式 PWM 逆變電路。一般載波是采用等腰三角形的，最后需要的 SPWM 波形就是當(dāng)調(diào)制信號波為正弦波的時候。這種方法的優(yōu)點 在于 各開關(guān)開合的時 間 計算的非常 精確 ，因為它的出發(fā)點是基于 SPWM 的基本原理 ，最終得到的波形與正弦波也比較接近。根據(jù)脈沖等效原理， PWM 波形和正弦半波的面積是等效的。將正弦半波分成 N 等分，用等幅不等寬的脈沖來等效代替，如圖 42 所示。效果基本相同，即環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同 。 脈寬調(diào)制（ Pulse Width Modulation， PWM）就是利用控制半導(dǎo)體元件（如二極管、三極管、和場效應(yīng)管等）的通斷時間比，即通過調(diào)節(jié)脈沖寬度或周期（占空比）來 等效的獲得所需要輸出的波形 的一種技術(shù)。而后， 微機發(fā)出控制指令，使逆變脈沖發(fā)生器發(fā)出 PWM 信號，逆變電路開 始工作，產(chǎn)生交流電壓，帶逆變工作穩(wěn)定后， 斷電檢測電路檢測到的電網(wǎng)斷電信號反饋到微機，經(jīng)微機處理后，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， 完成對負(fù)載繼續(xù)供電。 對電網(wǎng)供電是否正常以及蓄電池電量進行檢測， 檢測完畢后，進入待機模式，等待操作員按下運行按鈕，發(fā)出啟動命令。 result=lbyte。 CS=1。 SCLK=1。 //開始讀取數(shù)據(jù) hdata=0。i8。 unsigned int result。程序的設(shè)計思路洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 是：定義 腳為時鐘 SCLK， 為數(shù)據(jù) DOUT， 為片選端。數(shù)據(jù)讀取完成后， DOUT 將置為高電平。 MAX187 操作時序圖如圖 31 所示。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第 3 章 軟件設(shè)計 MAX187 工作時序 MAX187 是串行 12 位分辨率逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 （ 3） 采用雙重過載、短路保護 本設(shè)計的逆變電源額定輸出功率為 1kW，工作時輸出功率較大，為保證出現(xiàn)短路或長時間過載時，電源能及時可靠的進行自我保護，為此設(shè)計了雙重保護。 同一個功能電路模塊，可采用集成器件設(shè)計，也可以用各種分立器件組合設(shè)計 。 P P P3 口有內(nèi)置上拉電阻，在驅(qū)動能力 足夠的前提下，無需再外接上拉電阻。 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 口線 ， 看門狗定時器 ， 2 個數(shù)據(jù)指針 ， 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 ， 一個 6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu) 。 為減輕微機的工作負(fù)擔(dān)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器并不實時進 行工作，并且 電池電量變化時緩慢的，可以間斷分時對蓄電池電量信息進行采樣， 這樣設(shè)計既減輕微機的工作量，又降低了逆變電源自身功耗，符合了低功耗的設(shè)計原則。 利用這一特性，在蓄電池接入端串入一個小電阻 ，取這個電阻的壓降，當(dāng)蓄電池電量偏低時，電阻上的壓降會降低到某個值， 將這個電壓值作為判斷蓄電池電量是否偏低的門限電壓， 當(dāng)電阻壓降高于這個門限電壓時，電池電量充足；當(dāng)電阻壓降低于這個門限電壓時，電池電量不足。高電平使用內(nèi)部參考電壓，懸空時禁止內(nèi)部參考。 圖 29 電源供電電源切換電路 蓄電池電量監(jiān)控電路 當(dāng)蓄電池在放電工程中，電量會逐漸降低， 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)對蓄電池的電量進行監(jiān)測，當(dāng)蓄電池電量偏低時要及時采取措施停止蓄電池繼續(xù)放電而損壞 電池 。 市電對逆變電源供電。 GATE 端接 蓄電池 PMOSFET 驅(qū)動端， 接通或 切 斷 控制蓄電池 對逆變電源供電。當(dāng)未接入輔助電源時，此端直接由模擬控制器控制，使外接 PMOSFET 導(dǎo)通；當(dāng)無輔助電源時，GATE 端電壓升到 SENSE 端電壓， PMOSFET 關(guān)斷。 3 GND 接地 5 NC 空腳 6 SENSE 有兩個功能：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。使用時需外接上拉電阻，輸出狀態(tài)信號。 電源切換控制器 LTC4414 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 LTC4414 是一種功率 PEFT 控制器，主要用于控制電源的通、斷及自動切換 。 圖 28 市電斷電監(jiān)測電路 該 部分電路主要是給微機提供市電運行狀態(tài)信息，微機通過外部中斷對市電運行狀態(tài)進行掃描檢測。 此外，還將保護信號送入微機，保護電路對電壓進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以直接送入微機處 理的電平信號。在逆變電源輸出端和市電接入端分別接入熔斷器 F F2，作為二級保護， 如圖 26 所示。 考慮到該電路是在帶負(fù)載的情況 下進行電源自動切換，切換過程中，觸頭會產(chǎn)生電弧， 所以選擇繼電器時，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，造成觸頭接洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 觸不良而影響供電性能。 負(fù)載供電自動切換電路 完成負(fù)載供電在市電與逆變電源間的自動轉(zhuǎn)換。濾波電路采用 ? 形LC 濾波電路， LC 濾波電路中，濾波電感 L 對主流壓降很小，而對交流成分而言，電感 L 的感抗很大，對交流成分有很大的衰減作用，使整流輸出中參雜的 交流成分 衰減掉。 圖 24 脈沖發(fā)生電路原理圖 逆變輸出采樣電路 工作特性 為了對逆變輸出的方波電壓進行穩(wěn)壓控制，逆變輸出采樣電路對逆變輸出電壓進行取樣，將取樣交流 24V 電壓進行整流、濾波處理后，經(jīng)R4 R4 R51 分壓后，送人雙端驅(qū)動器 UC3524 的 1 引腳取樣輸入端，如圖 24 所示。 為確保逆變輸出 交流電壓 幅值穩(wěn)定，對輸出電壓進行采樣，并將采樣值經(jīng)采樣電路處理后經(jīng)電阻分壓，送人 UC3524 的內(nèi)部差分放大器反洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 相輸入端。 5V 基準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻 R3 R42 進行1:2 分壓后，作為誤差檢測電壓接入 內(nèi)部 差分放大器同相輸入端。 3 內(nèi)部振動器鋸齒波輸出端 5 內(nèi)部電流限制放大器 CL 的“ +”“ ”取樣端 6 外接 RT 端 7 外接 CT 端 8 接地端 9 內(nèi)部差分放大器輸出端 ，接入 R3 C22 組成相位矯正電路 10 PWM 脈沖輸出控制端 ，輸入高電平時，驅(qū)動脈沖被關(guān)斷 1 14 內(nèi)部兩路驅(qū)動級 NPN 管發(fā)射極引出端 1 13 內(nèi)部兩路驅(qū)動級 NPN 管集電極引出端 15 直流 電源輸入端 （ 12~28V） 16 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端 電路設(shè)計 UC3524 輸出脈沖為兩路輸出，即開關(guān)頻率為振蕩頻率的兩倍。 工作特性 該部分為整個逆變電路的核心，脈沖發(fā)生器 UC3524 根據(jù)設(shè)定的振蕩周期，發(fā)出固定頻率的 PWM 脈沖信號，控制逆變橋工作，同時逆變電源輸出反饋信號經(jīng)反饋電路處理后反饋給 UC3524。選擇雙端輸出驅(qū)動器 UC3524 作為脈沖驅(qū)動信號發(fā)生器。再達(dá)林頓組合前，再加一級射極輸出放大。 驅(qū)動電路輸出 一般不 和 IGBT 柵極直接相連，應(yīng)使用 絞合 線連接(2 轉(zhuǎn)／ cm)。 本設(shè)計中 RG 選阻值為 15Ω 的電阻。 ③ IGBT 開通后 ， 驅(qū)動電路應(yīng)提供足夠的電壓、電流幅值 ， 使 IGBT 在正常工作及過載情況下不致退出飽和而損壞 。負(fù)偏電壓可防止由于關(guān)斷時浪涌電流過大而 導(dǎo)致 IGBT誤導(dǎo)通， 一般選 UGE=5V 為宜。 本設(shè)計中， IGBT 作為開關(guān)器件使用，故其在飽和區(qū)和方向截止區(qū)交替工作。當(dāng)加上正柵極電壓時，管子導(dǎo)通；當(dāng)加上負(fù)柵極電壓時，管子關(guān)斷。 逆變電源硬件設(shè)計 全橋逆變電路設(shè)計 工作特性 該部分 是 整個逆變電路的核心，擔(dān)負(fù)著將直流電變換成交流電的逆變?nèi)蝿?wù)。 UC3524 內(nèi)部振蕩周期 T=RT CT ，電容 CT 的 取 值 范 圍 是1000pF~， RT 的取值范圍是 ~100kΩ，最高振蕩頻率 300kHz。 配有兩路驅(qū)動脈沖輸出，分別用于逆變橋個橋臂控制。鑒于此，集成驅(qū)動器無疑是最優(yōu)選擇。 逆變電源各部分間的關(guān)系如圖 15 所示： 微機控制 顯 示 保護、反饋 輸出 逆變部分 蓄電池 電量監(jiān)測 圖 15 逆變電源結(jié)構(gòu) 原理 圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 2 章 逆變電源 硬件 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 逆變橋驅(qū)動器選擇 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)計大多比較簡單，十分利于電路的開發(fā)設(shè)計。蓄電池電量監(jiān)測 使用了串行 12 位模數(shù)芯片 MAX187。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 設(shè)計方案總體規(guī)劃 逆變電源總體分為三大部分： 逆變部分。 圖形液晶顯示特性， 128 64 圖形液晶，液晶控制器 ST7920，ST7920 對控制器送來的信號進行鎖存后，再將信號送入圖形液晶顯示，提高顯示的穩(wěn)定性可視性。 雙端輸出驅(qū)動器 UC3524 產(chǎn)生逆變電路的驅(qū)動信號。 蓄電池電量監(jiān)測。為保證輸出電壓幅值的穩(wěn)定，電源控制電路對逆變輸洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 出電壓進行實時采樣， 將采樣值反饋到控制電路進行分析處理，保證輸出電壓滿足設(shè)計要求。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)，進行自動快速切換。輸出電壓再次為零。 逆變 電路的驅(qū)動 控制 全橋逆變電路工作原理 如圖 13 所示，設(shè)在 t1 時刻前 VT1 和 VT4 導(dǎo)通，輸出負(fù)載電壓為 Ud，t1 時刻 VT3 和 VT4 柵極信號反向， VT4 截止，而因負(fù)載電感中的電流不能突變， VT3 不能立刻導(dǎo)通 ， D3 導(dǎo)通續(xù)流。 與半橋逆變相比，全橋逆變輸出電壓 Um 的幅值高出一倍，即 Um=Ud。其缺點是輸出交流電壓Um 的幅值為僅為直流電壓 Ud 的 幅值的 一半，且直流側(cè)需要兩個電容器串聯(lián)，工作是還要控制兩個電容器電壓的均衡。 逆變電源 的 逆變 電路及 控制方案 逆變 電路 半橋逆變電路 半橋逆變電路原理圖如圖 12 所示， 它有兩個橋臂，每個橋臂由一個可控器件和一個反并聯(lián)二極管并聯(lián)組成。 逆變電源的工作原理 逆變電源有兩種工作狀態(tài)： a、旁路狀態(tài)，即市電正常時； b、逆變狀態(tài)，即市電 斷電時。 市電斷電時，首先逆變電源會立刻將自身供電電源切換到蓄電池，以維持逆 變電源的持續(xù)正常工作， 然后啟動逆變電路，輸出 220V/50Hz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。本設(shè)計的逆變電源還直接引入微機控制，無需對電 源外接微機控制模塊，提高 了整個電源工作的可靠性和結(jié)構(gòu)上的整體性。高頻變換逆變電源是通過高頻 DCDC 變換技術(shù)，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓直流，經(jīng)過高頻變壓器升壓后再整流成高壓直流，對其再進行正弦變換，即可得到 220V/ 50Hz 正弦波交流電。 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、綠色化以及并機技術(shù)的趨勢發(fā)展。設(shè)有市電斷電、過載、短路等故障應(yīng)急處理功能。 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。為保證輸出穩(wěn)定的交流電壓，對交流 輸出 電壓進行取樣， 經(jīng)過采樣電路處理反饋到控制電路中進行分析 ， 使 輸出電壓幅值穩(wěn)定在 規(guī)定 范圍 內(nèi) 。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 基于 UC3524 的逆變電源設(shè)計 摘 要