【正文】 。 CS=1。 //開(kāi)始讀取數(shù)據(jù) hdata=0。 unsigned int result。數(shù)據(jù)讀取完成后， DOUT 將置為高電平。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 3 章 軟件設(shè)計(jì) MAX187 工作時(shí)序 MAX187 是串行 12 位分辨率逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 同一個(gè)功能電路模塊，可采用集成器件設(shè)計(jì)，也可以用各種分立器件組合設(shè)計(jì) 。 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(mén)狗定時(shí)器 ， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針 ， 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 一個(gè) 6向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) 。 利用這一特性，在蓄電池接入端串入一個(gè)小電阻 ，取這個(gè)電阻的壓降，當(dāng)蓄電池電量偏低時(shí)，電阻上的壓降會(huì)降低到某個(gè)值， 將這個(gè)電壓值作為判斷蓄電池電量是否偏低的門(mén)限電壓， 當(dāng)電阻壓降高于這個(gè)門(mén)限電壓時(shí)，電池電量充足；當(dāng)電阻壓降低于這個(gè)門(mén)限電壓時(shí)，電池電量不足。 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(huì)逐漸降低， 為防止蓄電池過(guò)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(duì)蓄電池的電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)蓄電池電量偏低時(shí)要及時(shí)采取措施停止蓄電池繼續(xù)放電而損壞 電池 。 GATE 端接 蓄電池 PMOSFET 驅(qū)動(dòng)端， 接通或 切 斷 控制蓄電池 對(duì)逆變電源供電。 3 GND 接地 5 NC 空腳 6 SENSE 有兩個(gè)功能：電源輸入端，給內(nèi)部電路供電；電源電壓檢測(cè)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。 電源切換控制器 LTC4414 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)切換 。 此外，還將保護(hù)信號(hào)送入微機(jī)，保護(hù)電路對(duì)電壓進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以直接送入微機(jī)處 理的電平信號(hào)。 考慮到該電路是在帶負(fù)載的情況 下進(jìn)行電源自動(dòng)切換，切換過(guò)程中，觸頭會(huì)產(chǎn)生電弧， 所以選擇繼電器時(shí)，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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 觸不良而影響供電性能。濾波電路采用 ? 形LC 濾波電路， LC 濾波電路中，濾波電感 L 對(duì)主流壓降很小，而對(duì)交流成分而言，電感 L 的感抗很大，對(duì)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。 為確保逆變輸出 交流電壓 幅值穩(wěn)定，對(duì)輸出電壓進(jìn)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 相輸入端。 3 內(nèi)部振動(dòng)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(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖被關(guān)斷 1 14 內(nèi)部?jī)陕夫?qū)動(dòng)級(jí) NPN 管發(fā)射極引出端 1 13 內(nèi)部?jī)陕夫?qū)動(dòng)級(jí) 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(jì) UC3524 輸出脈沖為兩路輸出，即開(kāi)關(guān)頻率為振蕩頻率的兩倍。選擇雙端輸出驅(qū)動(dòng)器 UC3524 作為脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。 驅(qū)動(dòng)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)。 ③ IGBT 開(kāi)通后 ， 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供足夠的電壓、電流幅值 ， 使 IGBT 在正常工作及過(guò)載情況下不致退出飽和而損壞 。 本設(shè)計(jì)中， IGBT 作為開(kāi)關(guān)器件使用，故其在飽和區(qū)和方向截止區(qū)交替工作。 逆變電源硬件設(shè)計(jì) 全橋逆變電路設(shè)計(jì) 工作特性 該部分 是 整個(gè)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)。 配有兩路驅(qū)動(dòng)脈沖輸出，分別用于逆變橋個(gè)橋臂控制。 逆變電源各部分間的關(guān)系如圖 15 所示： 微機(jī)控制 顯 示 保護(hù)、反饋 輸出 逆變部分 蓄電池 電量監(jiān)測(cè) 圖 15 逆變電源結(jié)構(gòu) 原理 圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2 章 逆變電源 硬件 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 逆變橋驅(qū)動(dòng)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(jì)大多比較簡(jiǎn)單，十分利于電路的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 設(shè)計(jì)方案總體規(guī)劃 逆變電源總體分為三大部分： 逆變部分。 雙端輸出驅(qū)動(dòng)器 UC3524 產(chǎn)生逆變電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為保證輸出電壓幅值的穩(wěn)定，電源控制電路對(duì)逆變輸洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣， 將采樣值反饋到控制電路進(jìn)行分析處理，保證輸出電壓滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。輸出電壓再次為零。 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。 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(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管并聯(lián)組成。 市電斷電時(shí)，首先逆變電源會(huì)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(dòng)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。高頻變換逆變電源是通過(guò)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(guò)高頻變壓器升壓后再整流成高壓直流，對(duì)其再進(jìn)行正弦變換，即可得到 220V/ 50Hz 正弦波交流電。設(shè)有市電斷電、過(guò)載、短路等故障應(yīng)急處理功能。為保證輸出穩(wěn)定的交流電壓，對(duì)交流 輸出 電壓進(jìn)行取樣， 經(jīng)過(guò)采樣電路處理反饋到控制電路中進(jìn)行分析 ， 使 輸出電壓幅值穩(wěn)定在 規(guī)定 范圍 內(nèi) 。電源保護(hù)電路主要有過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù) 、短路保護(hù)，通過(guò)將主電路中的電壓電流信號(hào)反饋到控制電路中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我 保護(hù)功能。 基于 UC3524 的 后 備式 逆變電源 要求輸出 220V/50Hz 的 穩(wěn)壓恒頻的單相交流電 ，輸出額定功率為 1kW。這種逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但這種逆變器體積大、笨重、噪音大、價(jià)格高、效率方面也有待進(jìn)一步提高。此時(shí)，逆變電源工作在市電監(jiān)測(cè)狀態(tài)，對(duì)市電工作正常與否進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 逆變電源整個(gè)工作過(guò)程為，逆變電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電狀況，當(dāng)市電正常時(shí)，逆變電源通過(guò)旁路對(duì)負(fù)載供電，當(dāng)檢測(cè)到市電斷電時(shí)，逆變電源工作在逆變狀態(tài)，將直流電逆變成交流電給負(fù)載供電。 把橋臂 1 和 4 作為一對(duì)，橋臂 2 和 3 作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通， 兩對(duì)橋臂各導(dǎo)通 180176。 t3 時(shí)刻 VT3 和 VT4 柵極信號(hào)再次反向， VT3 截止而 VT4 不能立刻導(dǎo)通， D4 導(dǎo)通續(xù)流。 輸出穩(wěn)壓。 逆變電路開(kāi)關(guān)器件采用低損耗、高開(kāi)關(guān)頻率、高耐壓值的絕緣柵雙極 型 晶體管 IGBT。 MAX187 為逐次逼近式 ADC，快速采樣 /保持（ ），片內(nèi)時(shí)鐘，高速 3 線 串行接口 。該部分 主要器件是 AT89S52，逆變電源的監(jiān)測(cè) 、保護(hù)等信息都由 AT89S52 進(jìn)行分析處理，并發(fā)出相應(yīng)控制指令，協(xié)調(diào)逆變電源各部分正常工作。 有脈沖驅(qū)動(dòng)功能，即可通過(guò)該控制端，使驅(qū)動(dòng)器處于關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)驅(qū)動(dòng)脈沖輸出 。 綜上， UC3524 為本設(shè)計(jì)中逆變電源逆變橋驅(qū)動(dòng)器的最佳選擇。 IGBT 的 伏安特性和轉(zhuǎn)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 移 特性如圖 21 所示： 圖 21 IGBT 的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性 IGBT 的伏安特性分為飽和 區(qū)、放大區(qū)、擊穿區(qū)和反向截止區(qū)。但在大電感負(fù)載 條件 下 ， IGBT 的開(kāi) 關(guān) 頻率不宜過(guò)大 ， 因?yàn)楦咚匍_(kāi)斷和關(guān)斷會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓 ，很 可能造成IGBT 自身或其他元件擊穿。 3）柵極布線要求 IGBT 接線較 長(zhǎng)時(shí)易產(chǎn)生振蕩 ， 因此 柵 級(jí)電阻 RG 的接入盡量靠近IGBT。 驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì) 該部分為逆變橋提供驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，控制逆變橋工作。 2 內(nèi)部差分放大器 EA 的同相輸入端。 為此，脈沖 發(fā)生器 設(shè)定了 10μs 的死區(qū)時(shí)間， 在時(shí)間上保證橋臂間換流 的 順利完成，避免出現(xiàn)短路。經(jīng)過(guò)整流后的直流電壓是脈動(dòng)的，必須經(jīng)過(guò)濾波處理，直流電壓更加平穩(wěn)。 電路原理圖如圖 26 所示。 圖 27 逆變電源保護(hù)電路 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 負(fù)載端跨接電流互感器 HE1，見(jiàn) 圖 26， 電流互感器的輸出接入保護(hù)電路，進(jìn)行整流濾波穩(wěn)壓處理，將穩(wěn)壓后的直流電壓 2： 1 分壓送到UC3524 的 10 引腳，見(jiàn)圖 24。為保證蓄電池的放電時(shí)間，在市電正常時(shí)，逆變電源從電網(wǎng)獲取電能給自身供電；當(dāng)市電故障斷電時(shí)，蓄電池才對(duì)其供電，這樣提高了蓄電池的使用效率?？刂仆饨?PMOSFET 的通斷，加高電平時(shí)， PMOSFET 由導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止。 LTC4414 的主電源輸入端 Vin 接 24V 蓄電池， CTL 接地。 電路原理圖如圖 29所示。最高 5MHz 電路設(shè)計(jì) 蓄電池平穩(wěn)放電過(guò)程中，放電電流會(huì)逐漸降低，當(dāng)電量不 足時(shí)，放電電流會(huì)降幅更大 。 圖 211 蓄電池電量監(jiān)測(cè)電路 微機(jī)控制 微機(jī)對(duì)逆變電源 各種運(yùn)行數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行分析處理，并發(fā)送相應(yīng)控制命令，控制電源有序正常工作。為提高逆變電源的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采取的措施有： （ 1） 采用集成器件代替分立器件。 設(shè)計(jì)中運(yùn)用 12 位 AD 轉(zhuǎn)換技術(shù)，將蓄電池的電量信息精準(zhǔn)的反饋給微機(jī)，使蓄電池放電效率提高，但又不會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)度放電。 此時(shí)可在 SCLK 端輸入一串脈沖將轉(zhuǎn)換結(jié)果從 DOUT 按順序移出，讀入微機(jī)中進(jìn)行處理。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序如下： //用 P1 口控制 //12MHz 晶振 define SCLK //MAX187 時(shí)鐘 define AOUT //MAX187 數(shù)據(jù)輸出 define CS //MAX187 片選 unsigned int max187(void) { char i。 SCLK=0。 _nop_()。 其主要工作任務(wù)如下： 逆變電源開(kāi)機(jī)時(shí)，完成電源各種初始化設(shè)置。 程序流程圖如圖 32 所示： Y Y 開(kāi)始 初 始化設(shè)置 是否啟動(dòng) N 逆變供電 N 負(fù)載是否 短路或過(guò) 載 電網(wǎng)是 否正常 Y N 電網(wǎng)供電 負(fù) 載 保護(hù)啟動(dòng) 終止對(duì)負(fù)載 供電 發(fā) 出報(bào)警 32 程序流程圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 4 章 逆變電源輸出波形的改進(jìn) 本設(shè)計(jì)的逆變電源 出的交 流電壓波形是方波，目前實(shí)際應(yīng)用中的逆變電源基本是正弦波輸出逆變電源， 所以需運(yùn)用 SPWM 技術(shù)對(duì)方波輸出進(jìn)行改進(jìn)。 上述原理可稱(chēng)之為面積等效原理，這是 PWM 就是的重要理論基礎(chǔ)。 單相 PWM 逆變電路及其控制方法 SPWM 波形實(shí)現(xiàn)方法 面積等效法 面積法方案直接闡述解釋了 SPWM 法的原理，先將正弦波用數(shù)量a） b） ωt ωt u u 圖 42 用 PWM波代替正弦波 a）正弦半波 b）脈沖序列 0 0 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 相等的同幅度不同寬度的矩形脈沖序列代替，再將脈沖之間的間隔與寬度計(jì)算出來(lái)，將結(jié)果儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成 PWM 信號(hào)，以此來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，實(shí)現(xiàn)最終目的。 實(shí)際應(yīng)用中大多采用調(diào)制法，以下結(jié)合實(shí)際電路對(duì)這種方法做進(jìn)一步說(shuō)明。 同理，在 uo 的負(fù)半周，使 VT2 保持通態(tài)， VT1 保持?jǐn)鄳B(tài)， VT3 和VT4 交替通斷，負(fù)載電壓 uo 可以得到 Ud 和 0 兩種電平。見(jiàn)圖 44 中，在三角波的負(fù)峰值時(shí)刻 tD 對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到 D 點(diǎn)，過(guò) D 點(diǎn)作一水平直線和三角波分別相交于 A 點(diǎn)和 B點(diǎn)，在 A 點(diǎn)時(shí)刻， tA 和 B 點(diǎn)時(shí)刻 tB 控制功率開(kāi)關(guān)器件通斷。在上述諧波中，幅值最高。 給出了基于 UC3524 的脈沖發(fā)生方式， 利用 UC3524 雙端脈沖輸出端 ，產(chǎn)生脈沖方波，雙路脈沖相位相差 180176。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 后續(xù)工作展望 本文采用理論分析、部分硬件電路仿真的方法，對(duì)逆變電源的工作原理、控制策略、保護(hù)設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行