【正文】 調(diào)電壓的直流電， 它通過周期性地快速開通、關(guān)斷 ，把輸入電壓斬成一系列的脈沖電壓，改變脈沖列的脈沖寬度或頻率可以調(diào)節(jié)輸出電壓的平均值，因此 直流斬波 器的基本作用是進(jìn)行直流電壓的變換，即調(diào)壓作用 ，也被稱為直接直流 直流變換器 (DC/DC Converter)。 t =1t 時刻控制 V 關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管 VD 續(xù)流，射極電壓 0U 近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。 根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可劃分三種控制方式： 1. 保持開關(guān)周期 T 不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間 ont ， 稱為脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation, 縮寫 PWM）或脈沖調(diào)寬型。電源只在 IGBT 處于通態(tài)時提供能 量，為 。 )( 1120 tiI ?REmeeREREeeI Tt ???????? ????????????? ??? 1111 M//101?????REmeeREREeeI Tt ???????? ????????????? ????????????1111 M//201???? ?????????????? TTtt 11 /? ? o2021 IR EmII ???? ?onotEI? ?TIETRI oM2o ?TIETRItEI oM2oono ??REEI Mo ???ooo1 IUEIEI ???EEm /M??? /T?ooon IITtI ???1EETtEtt tU ????? onof fon ono 第 9 頁 共 45 頁 9 假如負(fù)載中 L 值較小，則有可能出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。該電路同樣使用一個全控型 器件 IGBT。忽略電路中損失，由于電源提供的能量僅由負(fù)載 R 消耗，即 (25) 所以升壓斬波電路可以看成升壓變壓器。電流斷續(xù)時， 010?I ， T= ont + xt 時， 2i =0，利用式（ 215）和（ 216）可求出 xt 為 （ 220） 當(dāng) xt oft 時，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)， xt oft 是電流斷續(xù)的條件，即 ???????? ???? ??? ?? ttt eR EEeIi 1M202 on???????? ??? ?? ?? onon 1M1020 tt eREeII???????? ???? ?? ??o f fo f f tmt eR EEeII 12021REeemREeeREITt???????? ???????????????????????????1111 o ffM10REeeemREeeeREITTt???????? ? ??????????????????????????????11onM20REmeeREREeeI Tt ???????? ????????????? ??? 1111 M//101?????REmeeREREeeI Tt ???????? ????????????? ????????????1111 M//201?? /T? EEm /M?? ? REmII ???? 2021? ? R EEREmI o ?? ???? ME?mmett????11lnonx?? 第 12 頁 共 45 頁 12 （ 221） 對于電路的具體工作情況，可根據(jù)此式判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。于是： （ 32） 所以輸出電壓為： （ 33） 改變導(dǎo)通比 ? ，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)開關(guān) S 合到 B 點(diǎn)時， B 點(diǎn)電壓 BU =0， A 點(diǎn)電壓 AU = CU ；相反，當(dāng) S 合到 A 點(diǎn)時 ， BU = CU ， AU =0。隔 離型 降壓直流斬波電 路的 能量 輸出是由高頻變壓器藕合完成的，該變壓器 可以使斬波器的輸入電源與負(fù)載之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離； 非隔離型 降壓直流斬波路 在工作期間輸入 源和斬波開關(guān) 隔離驅(qū)動動 PFM 信號 微控制器 過電流信號 電壓采樣 A/D 低通濾波 低壓電源 續(xù)流 EEtT tEttU ??????? 1ononof fonoDC 輸出 第 15 頁 共 45 頁 15 輸出負(fù)載共用一個共同的電流通路。將這兩類器件相互取長補(bǔ)短適當(dāng)結(jié)合和成的復(fù)合器件，形 成了 IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。EETtEtt tU ????? onof fon ono 第 16 頁 共 45 頁 16 其開通和關(guān)斷是由 晶體管 柵極和發(fā)射極間的電壓 GEu 決定的，當(dāng) GEu 為正且大于開啟電壓 )(thGEU 時， MOSFET 內(nèi)形成溝道，并為 晶體管提供基極電流進(jìn)而使 IGBT 導(dǎo)通。 )(thGEU 隨溫度升高而略有下降 ，溫度每升高 1℃，其值下降 5mV 左右。 圖 8 所示為 IGBT 的開關(guān)過程的波形圖。只有在 2fvt 段結(jié)束時， IGBT 才完全進(jìn)入飽和狀態(tài)。 圖 8 IGBT 的開關(guān)過程 （ 3） IGBT 的主要參數(shù) [1] 除了以上的參數(shù)， IGBT 主要參數(shù)還包括： ? 最大集射極間電壓 CESU ， 由內(nèi)部 PNP 晶體管的擊穿電壓確定； ? 最大集電極電流 CI ，包括額定直流電流 CI 和 1ms 脈寬最 大電流 CPI ； ? 最大集電極功耗 ， CMP 正常工作溫度下允許的最大功耗 ； IGBT 的特性和參數(shù)特點(diǎn)：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。工作電流定額同樣根據(jù)電路實(shí)際輸出最大值并留有足夠余地，因已知電路最大輸出電流為 5A，因此可以可選擇額定電流為 15A。又負(fù)載電阻 ???? ， sstT on ??? ??? ，把數(shù)據(jù)代入式可求得 FC ?382 ? ，為使濾波 效果更佳，所以選擇電容 2C =1000μ F。 二極管 5D 的計算 二極管 5D 的作用是在 IGBT 關(guān)斷時，能夠迅速地把電感 1L 儲存的能量釋放，防止電感 L1 儲存的能量無處釋放而感應(yīng)出高壓擊穿開關(guān)器件，所以 5D 起著續(xù)流作用[6]?？刂齐娐穼?shí)現(xiàn)實(shí)時控制，產(chǎn)生 PFM信號。 AT89S52 單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制核心，對于設(shè)計目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。 引腳功能說明 [9][10][11][12] （ 1） VCC： 電源電壓 （ 2） GND: 地 （ 3） P0口 P0口是一個 8位開漏極的雙向 I/O口。 2的外部計數(shù)輸入（ ）和觸發(fā)器輸入（ ）。 （ 6） P3口 P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口。在 flash編程時，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。對于余留的空間，用戶不可使用。例如，下面的直接尋址指令訪問 0A0H 第 24 頁 共 45 頁 24 （ P2口）存儲單元 MOV 0A0H , data使用間接尋址方式訪問高 128 字節(jié) RAM。 為了激活 WDT，用戶必須向 WDTRST寄存器（地址為 0A6H的 SFR）依次寫入 0E1H和 0E1H。有兩種方式可以退出掉電模式：硬件復(fù)位或通過一個激活的外部中斷。在進(jìn)入待機(jī)模式前，特殊寄存器 AUXR的 WDIDLE位用來決定 WDT是否繼續(xù)計數(shù)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清 0。 AT89S52程序存儲陣列采用字節(jié)式編程。該電路的作用是防止電路中電流過大而損壞元件。 （ 3）比較器 LM393 的工作原理 設(shè)輸入電壓、基準(zhǔn)電壓分別為 inV 、 refV ，當(dāng) inV refV ，那么比較器 LM393 輸出 第 26 頁 共 45 頁 26 為低電平；當(dāng) inV refV ,則輸出為高電平。發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流為 mA5 至 mA10 ，二極管的導(dǎo)通壓降為 ，所以 ???? 6605/)(12 mAVR ,可取 ??68012R 。基于以上三方面的考慮，模數(shù)轉(zhuǎn)換器件選擇 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該電路的原理與分析同過電流報警電路，不再贅述。工作原理：通過程序控制單片機(jī) I/O 端口電平的高低，進(jìn)而控制發(fā)光二極管的亮、滅。 （ 2）比較器的選擇 比較器是對兩輸入電壓的相對比較，在輸出端得到高電平或低電平的電路器件。改變輸入地址和數(shù)據(jù)，重復(fù)第 1步到第 5步，直到全部目標(biāo)文件編程結(jié)束。然而，定時器 2 的標(biāo)志位 TF2 在計數(shù)溢出的那個周期 第 25 頁 共 45 頁 25 的 S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。這些中斷每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器 IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。當(dāng)中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 WDTRST 是只讀寄存器，WDT 計數(shù)器不能讀 /寫。 WDT是一種需要軟件控制的 復(fù)位方式， WDT 由 14位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器（ WDTRST）構(gòu)成。 數(shù)據(jù)存儲器 AT89S52 有 256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。振蕩器產(chǎn)生的信號送到 CPU，作為 CPU的時鐘信號，驅(qū)動 CPU產(chǎn)生執(zhí)行指令功能的機(jī)器周期 。在 flash編程期間， EA可以連接 12伏的編程電源 VPP。這一位置 “ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC指令時有效。在 flash編程和校驗時， P3口也接收一些控制信號。對 P2 各位寫入 1，也可用做輸入。在flash編程時， P0口輸入代碼數(shù)據(jù)；在 flash校驗時， P0口輸出代碼數(shù)據(jù)。 AT89S52單片機(jī)的引腳如圖 11所示： 圖 11 89S52 單片機(jī)引腳封裝 主要性能參數(shù) （ 1）與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；（ 2） 8KB 可重擦寫閃速存儲器；（ 3） 1000 次擦寫周期；（ 4） 的工作電壓范圍；（ 5）全靜態(tài)工作模式： 03MHZ（ 6）具有 3 級程序鎖定位；（ 7） 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM；（ 8）具有 32 根可編程 I/O 口線；（ 9）具有 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器；（ 10） 6 個中斷源；（ 11）可編程串行UART 通道；（ 12）低功耗空閑和掉電模式；（ 13）具有掉電標(biāo)志 POF 功能特性描述 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié)的片內(nèi) RAM， 32 根 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)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 第 20 頁 共 45 頁 20 控制電路核心部件 微控制器的選型 由于系統(tǒng)電路工作于高速開關(guān)狀態(tài)、電力電子器件工作于強(qiáng)脈沖電流，電磁干擾嚴(yán)重，因此微處理器選型應(yīng)從如下幾個 方面考慮： ； ；； 。 二極管 3R 的計算 電阻 3R 為電流采樣電阻。由 于輸入電壓最大為 350V,且考慮留有一定裕度，可以取電容 1C 的額定電壓為 VV ?? ，實(shí)際中選擇600V。直流斬波電路輸入最大電壓 VE 350? ，輸出電壓為 VU 240 ? ，如 節(jié)所述，采用固定脈寬的算法，又因為對于微控制器最小脈寬的估計（以 89S51 芯片為例，晶振蕩 12MHZ，取5 條指令執(zhí)行時間為脈沖寬度），因此取開關(guān)器件 IGBT 開通時間固定為 ston ?5? 。在 2C 充電過程中，電感 1L 內(nèi)的電流逐漸增加，儲存的磁場能量也逐漸增加，此時，續(xù)流二極管 5D 因反向偏置而截止，經(jīng)過開通時間 ont 后，當(dāng)控制信號使 IGBT 截止時，在 1L 兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢使二極管 5D 導(dǎo)通， 1L 中儲存的能量便通過續(xù)流二極管 5D 完成續(xù)流，同時將能量供給負(fù)載。電流下降時間可以分為 1fit 和 2fit 兩段 。同樣， 開通時間 ont 為 開通延遲時間與電流上升時間之和 。 IGBT 的 輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。相應(yīng)的還有 P 溝道 IGBT，記為 PIGBT。這