【正文】 。 CS=1。 //開始讀取數(shù)據(jù) hdata=0。 unsigned int result。數(shù)據(jù)讀取完成后， DOUT 將置為高電平。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 26 第 3 章 軟件設計 MAX187 工作時序 MAX187 是串行 12 位分辨率逐次逼近型 A/D 轉換器。 同一個功能電路模塊，可采用集成器件設計，也可以用各種分立器件組合設計 。 AT89S52 端口資源配置 AT89S52 片上內置了 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 級中斷結構 。 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， 當電阻壓降高于這個門限電壓時，電池電量充足；當電阻壓降低于這個門限電壓時，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 ， 導致蓄電池使用壽命縮短甚至電池直接 損壞，逆變電 源應對蓄電池的電量進行監(jiān)測，當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 。 GATE 端接 蓄電池 PMOSFET 驅動端， 接通或 切 斷 控制蓄電池 對逆變電源供電。 3 GND 接地 5 NC 空腳 6 SENSE 有兩個功能：電源輸入端，給內部電路供電；電源電壓檢測輸入端，該端通常由輔助電源供電 ，該輔助電源還向負載供電。 電源切換控制器 LTC4414 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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 。 此外，還將保護信號送入微機，保護電路對電壓進行電平轉換，轉換成可以直接送入微機處 理的電平信號。 考慮到該電路是在帶負載的情況 下進行電源自動切換，切換過程中，觸頭會產生電弧， 所以選擇繼電器時，繼電器的觸頭材質要耐高溫，而且觸頭系統(tǒng)還 應 設有滅弧裝置，防止產生的電弧燒壞觸頭，造成觸頭接洛陽理工學院畢業(yè)設計（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。 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，并將采樣值經采樣電路處理后經電阻分壓，送人 UC3524 的內部差分放大器反洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 15 相輸入端。 3 內部振動器鋸齒波輸出端 5 內部電流限制放大器 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，驅動脈沖被關斷 1 14 內部兩路驅動級 NPN 管發(fā)射極引出端 1 13 內部兩路驅動級 NPN 管集電極引出端 15 直流 電源輸入端 （ 12~28V） 16 5V 基準電壓輸出端 電路設計 UC3524 輸出脈沖為兩路輸出，即開關頻率為振蕩頻率的兩倍。選擇雙端輸出驅動器 UC3524 作為脈沖驅動信號發(fā)生器。 驅動電路輸出 一般不 和 IGBT 柵極直接相連，應使用 絞合 線連接(2 轉／ cm)。 ③ IGBT 開通后 ， 驅動電路應提供足夠的電壓、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 。 本設計中， IGBT 作為開關器件使用，故其在飽和區(qū)和方向截止區(qū)交替工作。 逆變電源硬件設計 全橋逆變電路設計 工作特性 該部分 是 整個逆變電路的核心，擔負著將直流電變換成交流電的逆變任務。 配有兩路驅動脈沖輸出，分別用于逆變橋個橋臂控制。 逆變電源各部分間的關系如圖 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 逆變電源結構 原理 圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 逆變電源 硬件 結構 設計 逆變橋驅動器選擇 隨著集成電路技術的不斷成熟，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計大多比較簡單，十分利于電路的開發(fā)設計。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 設計方案總體規(guī)劃 逆變電源總體分為三大部分： 逆變部分。 雙端輸出驅動器 UC3524 產生逆變電路的驅動信號。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院畢業(yè)設計（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計要求。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。 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，將負載供電由旁路輸出切換到逆變輸出，給負載持續(xù)供電。高頻變換逆變電源是通過高頻 DCDC 變換技術，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓直流，經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。設有市電斷電、過載、短路等故障應急處理功能。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 。電源保護電路主要有過流保護、過壓保護 、短路保護，通過將主電路中的電壓電流信號反饋到控制電路中，實現(xiàn)系統(tǒng)自我 保護功能。 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。這種逆變器結構簡單，工作可靠，但這種逆變器體積大、笨重、噪音大、價格高、效率方面也有待進一步提高。此時，逆變電源工作在市電監(jiān)測狀態(tài)，對市電工作正常與否進行實時監(jiān)測。 逆變電源整個工作過程為，逆變電源實時監(jiān)測市電狀況，當市電正常時，逆變電源通過旁路對負載供電，當檢測到市電斷電時，逆變電源工作在逆變狀態(tài)，將直流電逆變成交流電給負載供電。 把橋臂 1 和 4 作為一對，橋臂 2 和 3 作為另一對，成對的兩個橋臂同時導通， 兩對橋臂各導通 180176。 t3 時刻 VT3 和 VT4 柵極信號再次反向， VT3 截止而 VT4 不能立刻導通， D4 導通續(xù)流。 輸出穩(wěn)壓。 逆變電路開關器件采用低損耗、高開關頻率、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（ ），片內時鐘，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 、保護等信息都由 AT89S52 進行分析處理，并發(fā)出相應控制指令，協(xié)調逆變電源各部分正常工作。 有脈沖驅動功能，即可通過該控制端，使驅動器處于關閉狀態(tài)，無驅動脈沖輸出 。 綜上， UC3524 為本設計中逆變電源逆變橋驅動器的最佳選擇。 IGBT 的 伏安特性和轉洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 移 特性如圖 21 所示： 圖 21 IGBT 的伏安特性和轉移特性 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)。但在大電感負載 條件 下 ， IGBT 的開 關 頻率不宜過大 ， 因為高速開斷和關斷會產生很高的尖峰電壓 ，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 長時易產生振蕩 ， 因此 柵 級電阻 RG 的接入盡量靠近IGBT。 驅動脈沖發(fā)生電路設計 該部分為逆變橋提供驅動脈沖信號，控制逆變橋工作。 2 內部差分放大器 EA 的同相輸入端。 為此，脈沖 發(fā)生器 設定了 10μs 的死區(qū)時間， 在時間上保證橋臂間換流 的 順利完成，避免出現(xiàn)短路。經過整流后的直流電壓是脈動的，必須經過濾波處理，直流電壓更加平穩(wěn)。 電路原理圖如圖 26 所示。 圖 27 逆變電源保護電路 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 18 負載端跨接電流互感器 HE1，見 圖 26， 電流互感器的輸出接入保護電路，進行整流濾波穩(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，見圖 24。為保證蓄電池的放電時間，在市電正常時，逆變電源從電網獲取電能給自身供電；當市電故障斷電時，蓄電池才對其供電，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， PMOSFET 由導通轉截止。 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 電路設計 蓄電池平穩(wěn)放電過程中，放電電流會逐漸降低，當電量不 足時，放電電流會降幅更大 。 圖 211 蓄電池電量監(jiān)測電路 微機控制 微機對逆變電源 各種運行數(shù)據(jù)或信息進行分析處理，并發(fā)送相應控制命令，控制電源有序正常工作。為提高逆變電源的穩(wěn)定性，在設計過程中采取的措施有： （ 1） 采用集成器件代替分立器件。 設計中運用 12 位 AD 轉換技術，將蓄電池的電量信息精準的反饋給微機，使蓄電池放電效率提高，但又不會導致電池過度放電。 此時可在 SCLK 端輸入一串脈沖將轉換結果從 DOUT 按順序移出，讀入微機中進行處理。 A/D 轉換子程序如下： //用 P1 口控制 //12MHz 晶振 define SCLK //MAX187 時鐘 define AOUT //MAX187 數(shù)據(jù)輸出 define CS //MAX187 片選 unsigned int max187(void) { char i。 SCLK=0。 _nop_()。 其主要工作任務如下： 逆變電源開機時，完成電源各種初始化設置。 程序流程圖如圖 32 所示： Y Y 開始 初 始化設置 是否啟動 N 逆變供電 N 負載是否 短路或過 載 電網是 否正常 Y N 電網供電 負 載 保護啟動 終止對負載 供電 發(fā) 出報警 32 程序流程圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 30 第 4 章 逆變電源輸出波形的改進 本設計的逆變電源 出的交 流電壓波形是方波，目前實際應用中的逆變電源基本是正弦波輸出逆變電源， 所以需運用 SPWM 技術對方波輸出進行改進。 上述原理可稱之為面積等效原理，這是 PWM 就是的重要理論基礎。 單相 PWM 逆變電路及其控制方法 SPWM 波形實現(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 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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算出來，將結果儲存在計算機，根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成 PWM 信號，以此來控制開關的開合，實現(xiàn)最終目的。 實際應用中大多采用調制法，以下結合實際電路對這種方法做進一步說明。 同理，在 uo 的負半周，使 VT2 保持通態(tài)， VT1 保持斷態(tài)， VT3 和VT4 交替通斷，負載電壓 uo 可以得到 Ud 和 0 兩種電平。見圖 44 中，在三角波的負峰值時刻 tD 對正弦信號波采樣而得到 D 點，過 D 點作一水平直線和三角波分別相交于 A 點和 B點，在 A 點時刻， tA 和 B 點時刻 tB 控制功率開關器件通斷。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 ，產生脈沖方波，雙路脈沖相位相差 180176。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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，對逆變電源的工作原理、控制策略、保護設計等問題進行