【正文】 論文中凝聚了 李 老師無數(shù)的心血， 李 老師務(wù)實的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W作風，豐富的科學知識，活潑的學術(shù)思想以及正直的人格魅力給我樹立了極好的榜樣，使我 受益匪淺。 2．數(shù)字濾波 這種措施是利用單片機執(zhí)行一定的程序計算方法，減少噪聲在有用信號中的比例，其實質(zhì)是程序濾波。故障保護原理見 “ 保護電路設(shè)計 ” 一節(jié)。 D/A 轉(zhuǎn)換器按字長分有 8 位、 12 位、 14 位、 16 位等不同字長的 D/A。顯然不取 Y0作為片選是因為程序運行首地址為 2080H。 2)I/O 接口電路實現(xiàn)單片機的輸入輸出控制，并使單片機數(shù)字電路和其控制對象隔離開來，增強單片機的抗干擾能力。 ARR UUI s a tceR )(m a x14 ??????? () 對應的一次電流值為： AII Rf 6055 0 0 0 0 0 m a x14m a x ???? () 轉(zhuǎn)換后的電壓最大值為： VRIU Ra a x14m a x ???? () 2)濾波器參數(shù)的計 算 電流檢測電路如圖 9所示： 圖 9 電流檢測電路圖 由于最大電流時的反檢測電壓小于單片機 A/D 轉(zhuǎn)換器允許的最大輸入電壓5V，因此濾波器的放大倍數(shù) iA 為： m a x55 aA U? ? ? () 取 15R 、 16R 、 18R 、 19R 均為 20kW， 7R ＝ 300W， 21R ＝ 30W，則： ?????? kkRAR i () ???? kRR RRR 182022 () 電容 C可在調(diào)試時根據(jù)情況確定。圖中 L 與 C1或 L 與 C2的取值要合理選用。 (2)高頻紋波 由于開關(guān)電源逆變橋中的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài) ,為了減小高頻開關(guān)變壓器 19 的體積和重量 ,要求主開關(guān)管的開關(guān)頻率越來越高 ,在每次主開關(guān)管的開關(guān)過程中都要產(chǎn)生相應的尖峰電壓過沖 ,因此引起共模紋波 ,使開關(guān)電源輸出電壓中包含兩倍于主開關(guān)管工作頻率的共模紋波。 最小控制死區(qū)時間： 5sqT T ms?? sq offTt? ，故可使用。 FUU PtCcesindis 2222 ??????? () 實取 C12=C13=30mF。 根據(jù)整流器的參數(shù)可近似認為： 26 380 6UV? ? ? () 36 220 ? ? ? () 電路的輸出功率 inP 為： WPout 1920214800 ??? () 輸出電路的功率按 80%計，則整流器的 輸入功率為： 16 WPP outin 2 4 0 0 ?? () FUU PtC outdi 422 42322 ?? ??? ?????? () C7 耐壓值為： 2 2 380 ?? ，實取 1200V。 GTR 開關(guān)速度較低，對 di/dt 有影響，而且是電流驅(qū)動方式，驅(qū)動功率較大，還存在二次擊穿問題；功率 MOSFET 有較好的高速控制性能，然而容量小，難以實現(xiàn)大電流，主要應用于小型和輕型設(shè)備中； IGBT 是 MOSFET 與雙極晶體管的復合器件，它兼有MOSFET 易驅(qū)動和功率晶體管電壓、電流容量大的優(yōu)點，其頻率特性介于MOSFET 與功率晶體管之間，可 正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，在較高頻率的大中功率應用中占據(jù) 主 導地位。因此，通常認為最佳逆變頻率是在考慮到電路固有頻率 (電路的 L、 R、 C決定電流衰減速度 )的基礎(chǔ)上，選用功率開關(guān)器件所能接受的最高頻率 (常以次級整流管的開關(guān)特性為參考基準 )。整流器選用 3A/100V 整流模塊。 5)選擇濾波電容 C 一般要求11 (3 5) 2fzR C T? ? ?。 1)選穩(wěn)壓管 因為要求輸出直流電壓 25V，即 scU ＝ 25V，所以穩(wěn)壓管 VD5 的穩(wěn)壓值 wE ＝25V。普通的 PN 結(jié)二極管不適于作為開關(guān)使用，因為它們恢復得慢，并且效率低。 2）利用緩沖電路抑制并限制過量的 du/dt。 (3)門極電路的正偏電壓為 +12V～ +15V，負偏電壓應為 2V～ 10V。以實現(xiàn)設(shè)計所要求的電源的電流和電壓的穩(wěn)定性 電源的主電路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 9 9 S E \ E X A M P L E S \ 朱電路圖 1 .D D BD r a w n B y:D1D3D4D5D6C1C5C2C 1 0C3C4C9C7 C8C 1 4L1V T 1V T 4V T 2V T 3C 1 1C 1 2R5R6R3R2R7R1R4R9R8T1D7D8C 1 3 LC 1 5C 1 6C 1 7KB+TT 圖 2 電源主電路 由圖可見，電源主電路遵循一般逆變的 ACDCACDC 形式，三相工頻交流網(wǎng)路電壓經(jīng)過整流模塊整流和濾波，得到大約 540V 的直流電壓。 本課題主要是進行用單片機來控制直流穩(wěn)壓電源的研制工作。調(diào)整元件與負載并聯(lián)的叫并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流穩(wěn)壓電源，它通過改變調(diào)整管元件流過的電流的多少來適應輸入電網(wǎng)電壓的變化及負載電流的變化，以保持輸 出電壓的穩(wěn)定。 按穩(wěn)定對象分有交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源。輸出電壓的變化很微小，但正是這個微小的變化經(jīng)放大后才能反饋去抵消原有的大部分變化。這種晶體管串聯(lián)型常規(guī)電源難以滿足形勢發(fā)展的趨勢日益顯露。轉(zhuǎn)換后的直流電源要具有良好的穩(wěn)定性，當電網(wǎng)或負載變化時，它能保持穩(wěn)定的輸出電壓，并具有較低的紋波。其實際工作頻率可達到 50KHz，功率較小時可達到 100KHz，因此是極有前途的功率開關(guān)器件。所以此系統(tǒng)不僅具有較高的可靠性，還具有良好的工藝性能。由于使用了高頻器件，整個系統(tǒng)具有小型化、輕量化、高效率等優(yōu)點，符合現(xiàn)代大功率直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展潮流。 但是，上述這些新型功率開關(guān)器件也存在一些弱點，如電壓與電流的過載能力弱，當工作參數(shù)超過其安全范圍是，非常容易損壞。我們通常稱這種直流電源為直流穩(wěn)壓電源。六十年代后期，科技工作者對穩(wěn)壓電源技術(shù)做了一次新的總結(jié)，使開關(guān)電源，可控硅電源得到了快速發(fā)展。 一般來說，穩(wěn)壓電路的設(shè)計首先要考慮輸入電壓和負載這兩個因素。是交流還是直流要看穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流還是直流。調(diào)整元件與負載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。要求電源具有高可靠性 。該直流電 壓施加到由功率開關(guān)管和中頻變壓器組成的逆變器上。 (4)IGBT 多用于高壓場合，故驅(qū)動電路應與整個控制電路在電位上嚴格隔離。 3）利用溫度傳感器檢測 IGBT 的殼溫，當超過允許溫度時主電路跳閘，實現(xiàn)過熱保護。在電源中，可以使用三種類型的整流二極管： 1) 高效快速恢復二極管 2) 高效超快恢復二極管 3) 肖特基勢壘整流二極管 肖特基勢壘整流二極管即使在大的正向電流作 用下，其正向壓降也很低，僅有 左右。設(shè)電源輸出電流 zI ＝ 50mA 時，流過穩(wěn)壓管 VD5 的電流 wI ＝ 5mA。 式中 1fzR 為整流電源的總負載，即 ?fzR T為直流電源周期， T＝ sCRfz ? () ??C μ F () 取 1C ＝ 100μF ，耐壓為 63V 的電解電容器。 3．單片機用 +5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計 單片機用 +5V穩(wěn)壓電源，要求能夠輸出 200mA 電流。但是經(jīng)過實際調(diào)試發(fā)現(xiàn)，隨著逆變工作頻率提高，管子的功耗也增大，相應的散熱器體積總量增大，不利于電源整機體積的縮小，而且還會導致電路 參數(shù) 推挽式 全橋式 半橋式 功率開關(guān)管集射極間施加電壓 穩(wěn)態(tài) 為 2E,漏感引起的尖峰V maxce 2E 穩(wěn)態(tài)為 E,二級管相位 V maxce E 同全橋 輸出相同功率時集電極電流 Ic Ic 2Ic 功率開關(guān)管數(shù)量 2 4 2 輸出濾波電容數(shù)量 1 1 2 宜獲得的輸出數(shù)量 大 大 中等 14 變壓器漏抗惡化，從而影響電源的正常工作。本文選用 IGBT作為電路主控開關(guān)功率器件。 3．輸入瞬間電壓保護器件的選擇 壓敏電阻的作用是削掉電網(wǎng)峰值電壓。 電容耐 壓： (～ 2) maxU =～ () 取 1000V 即可。 4)功率損耗 cP 開通瞬間損耗： 931200 145 210 10 6 24 50 10c e s cc onUIP t WT??? ? ?? ? ?? ? ? ? () 準飽和管壓降為 )(satceU =3V， onT =20ms，準飽和導通時損耗： () 3933 145( ) ( 20 10 210 10 ) 2 50 10c e s sat con on onUIP T t WT ????? ? ? ? ? ? ? ??? () 關(guān)斷時損耗： 931200 145 430 10 6 24 50 10c e s cf offUIP t WT ???? ? ? ? ?? ? ? ? () r on fP P P P W? ? ? ? () T1的選擇 變壓器原邊工作電壓 1U 為：1 2372sUUV () 副邊電壓 2U 為：2 26 1 %? ? ? () 所以 T1的變比 k 為：12237 U? ? ? () 實取 k ＝ 5變壓器即可。 (3)閉環(huán)調(diào)節(jié)器引起的紋波 一般開關(guān)電源要求對輸出電壓進行閉環(huán)控制 ,因此 ,輸出端的紋波會通過反饋網(wǎng)絡(luò)進入調(diào)節(jié)器回路 ,導致調(diào)節(jié)器的自激 振蕩 ,引起附加紋波 ,此紋波電壓一般沒有固定的工作頻率 ,另外 ,調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計得不適當也會引起紋波。一般 L與 C1或 L與 C2的取值應按 10 /1 LCf ? 。運算放大器選用 LM324 普通運算放大器即可。 圖 11 為單片機 80C196KC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。當 A13=1，A15=A14=0 時， 138 輸出 Y1為低電平有效，選中 2864；當 A14=1， A15=A13=0 時， Y2有效，選中 DAC0832：當 A15=0， A14=A13=1 時， Y3有效，選中 8279。其中14位、 16 位 D/A 用得較少，一是價格高，二是 12位以下己基本滿足一般工業(yè)系統(tǒng)的要求。軟件部分的作用是非屏蔽中斷出現(xiàn)上升沿時，單片機立即中斷，進入中斷程序，進行故障處理，顯示故障標志，并點亮故障燈。 結(jié)論 本文是圍繞直流穩(wěn)壓電源展開的，文中采用單片機進行控制實現(xiàn)逆變電源的外特性，