【正文】 元件搭成的文氏橋振蕩器，電路成本低，但起振條件苛刻，產(chǎn)生的正弦波 失真度較大，而且調(diào)節(jié)不方便；也可以用 8038 等專用函數(shù)發(fā)生芯片產(chǎn)生正弦波，但是電路成本提高，而且不能實(shí)現(xiàn)數(shù)字可調(diào)；第三種是利用單片機(jī)查表法，借助 DA 轉(zhuǎn)換器輸出模擬的正弦波，增加正弦波采樣點(diǎn)可以得到失真度小的正弦波形，而且正弦波的幅值和頻率可以通過單片機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，符合課題的要求。 (8)八個(gè)中斷源 。因而廣泛用于信號的發(fā)生，變化，控制與檢測， NE555 的特點(diǎn)有： 、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。 邏輯控制和死區(qū)電路的設(shè)計(jì) H 橋要由 4 路其中兩路反向的波形來驅(qū)動，因此需將 SPWM波形進(jìn)行反向處理。 TLP250 的管腳如圖 1 所示。開關(guān)電源最突出的特點(diǎn)是體積小，效率高，不足之處是輸出紋波較大、干擾和噪聲都比較嚴(yán)重。這些估算結(jié)果可作為選取驅(qū)動電路元件的參考依據(jù)。 H 橋的電路 如圖 ： Q11IRF460Q14IRF460Q15IRF460Q10IRF460R36R37R43R4212P41mHL11mHL212P6453/630C24S1S2S5S6S3S4S7S8 圖 橋拓?fù)鋱D 31 濾波電路的設(shè)計(jì) 逆變器輸出電壓中不僅包含了 50Hz 正弦波，還包含了開關(guān)頻率附近的諧波分量。 fk 為 24kHz，選擇 ? ， 可計(jì)算出 L=2mH， C=40uF。而要輸出 50Hz 即 20ms 一 33 個(gè)周期的正弦波，建立一個(gè) 100 點(diǎn)的數(shù)據(jù)表，則單片機(jī)要 200 個(gè)機(jī)器周期向 D/A 輸送一次數(shù)據(jù)，在調(diào)整頻率和幅值時(shí)需要大量的浮點(diǎn)計(jì)算，單個(gè) 51 單片機(jī)不能同時(shí)處理鍵盤， A/D 和液晶顯示的數(shù)據(jù)，所以本文用兩個(gè) 51 單片機(jī)，用單片機(jī) A 處理鍵盤和 A/D的數(shù)據(jù)，同時(shí)驅(qū)動 LCD1602 顯示設(shè)定的電壓頻率和幅值，并顯示通過 A/D 采樣的輸出電壓平均 值；單片機(jī) B 通過串口和單片機(jī) A通訊，控制 D/A 輸出正弦波。 通過 隔離電源和光耦 TLP250 完成了光電隔離驅(qū)動，驅(qū)動 H橋?qū)δ妇€電壓逆變。同時(shí)也要感謝 網(wǎng)絡(luò)中那些我并不知名。 通過鍵盤可以對輸出電壓的頻率和幅值進(jìn)行階梯式調(diào)節(jié)，并借助 LCD1602 顯示設(shè)定的和實(shí)際的電壓幅值與頻率。 4 系統(tǒng)測試 與結(jié)果分析 測試儀器： VC9807 位數(shù)字萬用表， DT9205 數(shù)字萬用表 DS1102CD 100MHz 數(shù)字存儲示波器 12V， 6A直流電源 升壓電路測試 給升壓電路加 12V 輸入電壓，啟動升壓電路，調(diào)節(jié)反饋電壓的反饋系數(shù)（改變反饋分 壓電阻），使 SG3525 輸出占空比達(dá)到 48%左右。若該電阻取得過大，則會影響 H 橋下臂的驅(qū)動電壓，取得過小，不利于提高檢測精度。故所設(shè)計(jì)的輸出濾 波器為低通濾波器，它由電感及電容組成。 IRF460 的典型輸入電容 Cin 為 2890pF，柵極電阻 RG過小時(shí)，可增加驅(qū)動電流，但由于充電回路中存在分布電感，與輸入電容形成諧振，如圖所示。 開關(guān)電源形式有多種，考慮到電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和制作的難易程度，我們選擇由 SG3525 構(gòu)成的推挽式隔離 DCDC。(min) ；開關(guān)時(shí)間 tpLH/tpHL=(max) 。如圖 所示。 ，可與 TTL， CMOS 等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 (10)低功耗空閑和掉電模式 。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 小結(jié) 本小節(jié)主要闡 述了 DCDC 升壓電路的基本原理和電路結(jié)構(gòu)形式，詳細(xì)計(jì)算了升壓電路主要元件的參數(shù)，確定了升壓變壓器的參數(shù)，明確了變壓器的繞發(fā)及減小漏感的方法。因此次級繞組為 80T。 在輸入電壓最大時(shí)驗(yàn)算變壓器的最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bmax， Upmax 取為 30V，則 p m a xm a x s a t34pU 3 0 1B 0 . 1 1 2 T B4 f N A e 4 7 2 1 0 1 3 0 . 7 1 6 1 0 2= = = 創(chuàng)創(chuàng) ?,未產(chǎn)生磁飽和。知道輸出功率和頻率后，便可對變壓器參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 對 IRF540， Ciss=2020pF,Crss=115pF,則 CGS=2500pF。經(jīng) 17 查閱場效應(yīng)管手冊，選擇 60N06，其主要參數(shù)已在上節(jié)介紹過。 R17,R15,R16 與 C17 構(gòu)成補(bǔ)償電路。反之亦然。 （引腳 15）：電源接入端 ，工作范圍為 840V。 (引腳 9)： PWM 比較器補(bǔ)償信號輸入端。 (引腳 2)：誤差放大器同向輸入端。 3 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) DCDC 升壓硬件設(shè)計(jì) 常見的低壓直流輸入，高壓交流輸出的逆變電源有兩種設(shè)計(jì)思路，一是將低壓直流通過方波逆變升壓至高壓直流，再通過正弦波逆變轉(zhuǎn)換成交流電壓；二是直接將低壓直流通過正弦逆變的方式轉(zhuǎn)換成正弦交流電壓，再通過工頻變壓器升壓。在本論文方案中選擇三角波調(diào)制法。 5 6 7+ 5 6 7+ R1 C R5 R2 R4 5 6 7+ R3 R6VcVbVoVfA1 A2A3 圖 工作過程如下 :當(dāng)輸入正弦參考電壓 Vc 由零上升時(shí)，比較器A1 的輸出 Vo 立即變?yōu)檎柡椭?+Vm，以該值做輸入信號經(jīng)反相積分器 A2，使 A2 的輸出電壓 Vf 負(fù)向線性 增加，在加法器上疊加，在參數(shù)設(shè)置上取 R2R3，保證 Vf 起主要作用，使 A3 的輸出 Vb 正向上升，當(dāng) VbVc時(shí)，一直保持為十 Vm的數(shù)值 。 三角波比較法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是三角波和正弦波的產(chǎn)生方法。假如三角 7 波的頻率與正弦波頻率之比為 N 時(shí)，為了使輸出波形滿足奇函數(shù)，應(yīng)當(dāng)是偶數(shù)。這樣的 N 個(gè)寬度不等的脈沖就組成了一個(gè)與正弦波等效的脈寬調(diào)制波形。例如，若希望完全消除 3， 5， 7 次諧波，即令V3m=V5m=V7m=V，則，只要求解 下述三角聯(lián)立方程式即可 : 41 2 3 11 2 31 2 31 2 3( c os c os c os )c os 3 c os 3 c os 3 0c os 5 c os 5 c os 5 0c os 7 c os c os 7 0mmVV? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? （ 22） 由此可得 :a1=， a2=， a3=。 目前在單相正弦逆變電源的逆變器中普遍采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)將直流電重新變成交流電 的目的 。下面以最簡單的逆變電 路 —— 單相橋式逆變電路為例，具體說明逆變器的“逆變”過程。如何在停電的情況下，使一些生活中必須的電器設(shè)備正常工作，是一個(gè)需要解決的問題。 (3)電動汽車 :隨著汽車數(shù)量的不斷增加，排放氣體對環(huán)境造成的污染越來越嚴(yán)重，已經(jīng)成為空氣污染的主要來源。 21 世紀(jì)是能源開發(fā)、資源利用與環(huán)境保護(hù)互相協(xié)調(diào)發(fā)展的世紀(jì)，能源的優(yōu)化利用與清潔能源的開發(fā)，是能源資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。通過鍵盤可以對電源 輸出電壓的幅值和頻率進(jìn)行階梯式調(diào)節(jié)，拓寬了電源的應(yīng)用范圍并同時(shí)利用 A/D和液晶對輸出電壓的有效值進(jìn)行即時(shí)顯示。單片機(jī)結(jié)合 D/A 產(chǎn)生的正弦波和線性三角波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波形，通過光電隔離驅(qū)動 H 橋逆變。在已有的很多種電源中，如蓄電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變。在 2 市電停電時(shí)，蓄電池通過逆變器向負(fù)載繼續(xù)供電。 人類對電能的依賴提高，然而由于人為因素或者自然災(zāi)害因素使得電網(wǎng)電能的供應(yīng)不能持續(xù)可靠，停電在生活中頻繁發(fā)生。逆變器的種類很多，各自的具體工作原理、工作過程不盡相同，但是最基本的逆變過程 是相同的。 S1 S2 S3 S4 R A BE t Uo0T 圖 (a)單相橋式逆變 圖 (b)理想逆變波形 在單相正弦逆變電源中，逆變器要把市電經(jīng)整流濾波后得到的直流電或者由蓄電池提供的直流電，重新轉(zhuǎn)化為頻率非常穩(wěn)定，穩(wěn)定電壓受負(fù)載影響小的，波形畸變因數(shù)滿足負(fù)載要求的交流正弦波。通過調(diào)整 k? 角的數(shù)值可有意地消除某一諧波成分。但其脈沖幅度都等于 Um的一個(gè)矩形脈沖來分別代替相應(yīng)的正弦波部分。這是比較器的輸出端將得到一串方波脈沖序列。從而也是正弦波輸出的逆變電源的電壓輸出瞬態(tài)特性明顯的優(yōu)于方波輸出的情況。只要在比較器A1 的同相輸入端引入一個(gè)頻率可變而幅值恒定的正弦電壓參考信號 Vc，則在其輸出端即會產(chǎn)生基波電壓與頻率之比自動維持恒定單片機(jī) 電平轉(zhuǎn)換 D/A 比較 SPWM 9 的調(diào)制波。 三角疊加法與自適應(yīng)電流控制法是相似的，他們的共同缺點(diǎn)是開關(guān)的切換頻率不固定，抗干擾能力很差。下面將分別對各組成部分分析和設(shè)計(jì)。 圖 31 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 DIP 封裝的 SG3525 各引腳功能描述如下： (引腳 1)：誤差放大器反向輸入端。 (引腳 8)：軟啟動電容接入端。和引腳 11互補(bǔ)輸出端。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減 小，PWM 脈寬變窄 ， 輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間也變短， 從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。 7 腳為振蕩器放電端，與 5 腳之間接一個(gè)電阻構(gòu)成放電回路，用來產(chǎn)生 PWM 波的死區(qū)時(shí)間，死區(qū)時(shí)間大約為 ，所以 R24選擇 47 歐姆的電阻。電源輸出最大功率為 100W，蓄電池的輸入電壓為 12V， MOSFET 的在最大輸出功率下輸出電流為 10A，而電源啟動時(shí)考慮涌浪電流，電流約為額定電流的 3倍左右，約為 30A。 VGS柵極到源極電壓 (V)； tr’ 輸入脈沖上升時(shí)間 (ns)。 設(shè)計(jì)輸出最大功率為 120W，頻率取上節(jié)計(jì)算的 62kHz。 選定 EC35 磁芯后，由（ 36）式： pp 34m a x eU 24N 1 2 . 8 T4 f B A 4 6 2 1 0 0 . 1 5 0 . 7 1 6 1 0 = = =創(chuàng)創(chuàng) ? 實(shí)際取 13T。 由于輸出電壓很高，在輸出繞組采用全波整流電路，以減小二極管產(chǎn)生的壓降。輸出電壓經(jīng)R15， R17 和 R16 分壓濾波后，反饋到 SG3525 的 1 腳，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)壓輸出。 結(jié)合本身已經(jīng)掌握的知識結(jié)構(gòu)，本文利用 STC89C52 單片機(jī)和 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生調(diào)制正弦波，單片機(jī)和 DA 的詳細(xì)資料為： STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 (9)全雙工 UART 串行通 道 。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。此外，還需加入防止 H 橋上下臂直通的延時(shí)電路。 27 圖 TLP250 驅(qū)動主要具備以下特征：輸入閾值電流 IF=5mA(max)；電源電流 ICC=11mA(max)；電源電壓 (VCC)=10～ 35V；輸出電流IO=177。對于本系統(tǒng)，驅(qū)動電源的主 要要求是能穩(wěn)壓和隔離，紋波可以通過加大濾波電容和濾波電感來得到改善。功率較大的 MOSFET 一般輸入電容也較大，因而需要的驅(qū)動功率也較大。本系統(tǒng)需要的是 50Hz 的正弦波電壓，因此在輸出端要加上輸出濾波器，只讓 50Hz 的正弦電壓輸出，而抑制高次諧波分量輸出。電路圖 電流檢測和電壓檢測電路的設(shè)計(jì) 在 H橋回路 中串入采樣電阻，電流流過該電阻時(shí)產(chǎn)生壓降，通過檢測該電壓，即可計(jì)算出電機(jī)中的電流。 軟件流程如下： 開 始初 始 化向 串 口 送 系 數(shù)根 據(jù) 按 鍵 輸 入 調(diào) 整 系 數(shù)顯 示 幅 頻判 斷 有 否 按 鍵 按 下 ？提 取 默 認(rèn) 系 數(shù)確 定 鍵 按 下 ？計(jì) 算 系 數(shù)YNNY 圖 鍵盤液晶程序流程圖 軟件參見附錄 34 小結(jié) 在本小節(jié)主要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了正弦逆變電路，單片機(jī)和 D/A 產(chǎn)生的正弦波信號調(diào)制三角波信號產(chǎn)生兩路相位相反的 SPWM 波，通過死區(qū)發(fā)生和邏輯轉(zhuǎn)換變成 4路其中兩兩相位相反的 SPWM 波，最后通過光耦隔離驅(qū)動 H橋?qū)δ妇€電壓逆變。最后通過感容低通濾波器得到正弦式輸出