【正文】 止逆變電源按鈕 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 時(shí)鐘信號(hào)輸出 故障報(bào)警信號(hào) （ LED 燈光） 電池電量偏低報(bào)警 負(fù)載供電模式 LED 顯示（電網(wǎng)供電） 內(nèi)部電源供電指示信號(hào) 負(fù)載供電模式 LED 顯示（逆變供電） 故障保護(hù)信號(hào) 市電斷電信號(hào)輸入端 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 微機(jī)及液晶顯示電路如圖 213 所示 ： 圖 213 微機(jī)及 液晶 顯示電路 逆變電源 穩(wěn)定 性設(shè)計(jì) 引起逆變電源工作不穩(wěn)定的因素主要有兩方面：一方面是逆變電源外 界 環(huán)境造成的，特別是逆變電源的工作環(huán)境溫度變化；另一方面是逆變電源自身產(chǎn)生的 。 5 GND 接地 6 DOUT 數(shù)據(jù)輸出 7 CS 片選信號(hào)端 8 SCLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入。整個(gè)切換過(guò)程要求迅速， 切換時(shí)間短，以保證逆變電源內(nèi)部電路持續(xù)不間斷工作。 電源 供電 電源 切換電路 逆變電源除了給負(fù)載 提供電源外，其自身的運(yùn)行也要消耗電能。市電正常時(shí)，繼電器常閉觸頭接通市電給負(fù)載供電；市電故障時(shí)，繼電器動(dòng)作，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，接通逆變輸出，給負(fù)載供電。設(shè)計(jì)中，必須 保證換流過(guò)程中換流不可重疊，即一路導(dǎo)通的前提必須是另一路完全關(guān)斷，否則就會(huì)造成短路， 導(dǎo)致 換流失敗 。 IGBT 最高耐壓值 1300V， 最大工作電流 50A，則該逆變橋輸出的實(shí)際最大功率為 ，即逆變電源的實(shí)際最大 輸出 功率為?？焖匍_通和關(guān)斷有利于提高工作頻率 ， 減小開關(guān)損耗。因此，當(dāng)改變 CT RT 設(shè)定振蕩頻率是， 首先設(shè)定 CT 值，保證有適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間，在選用 RT 值改變振動(dòng)器的輸出頻率。 微機(jī)部分。 逆變電源技術(shù)特性 逆變電源工作的穩(wěn)定性對(duì)逆變電源的性能提升至關(guān)重要。到 t2 時(shí)刻 VT1 和 VT2 柵極信號(hào)反向， VT1 截止而 VT2不能立刻導(dǎo)通 ， D2 導(dǎo)通續(xù)流，和 D3 構(gòu)成電流通道輸出電壓為 Ud， 到負(fù)載電流過(guò)零并開始反向時(shí)， D2 和 D3 截止， VT2 和 VT3 導(dǎo)通，輸出電壓仍為 Ud。當(dāng)市電 斷電 時(shí)，逆變電源工作在逆變狀態(tài)，即將蓄電池的直流電逆變成 220V/50Hz 的交流電，逆變輸出給負(fù)載供電。工頻變換逆變電源是先產(chǎn)生 50Hz 交流信號(hào)，然后利用工頻升壓器產(chǎn)生 220V 交流電。 逆變電源輸入輸出都經(jīng)過(guò)變壓器進(jìn)行電氣隔離 ， 使 整個(gè)電路系統(tǒng) 與外接電網(wǎng)和負(fù)載 完全電氣隔離 。在市電斷電時(shí)，觸發(fā)內(nèi)部供電自動(dòng)切換電路，完成內(nèi)部供電從市電供電到電池供電的切換，同時(shí)逆變電源自動(dòng)檢測(cè)斷電，并將信息反饋到內(nèi)部微機(jī)控制，微機(jī)對(duì)反饋的斷電信息 進(jìn)行 處理，將電源輸出切換到逆變輸出 ，并在顯示器、 LED 指示燈顯示這一變換結(jié)果。 電能質(zhì)量保證。 圖 13 全橋逆變電路 推挽逆變電路 推挽逆變電路如圖 14 所示，交替導(dǎo)通 V V2，通過(guò)變壓器的耦合給輸出交流電壓。 建立人機(jī)對(duì)話平臺(tái)。該部分完成直流電到交流電的逆變過(guò)程，核心控制芯片 UC3524 完成對(duì)全橋電路的控制及輸出交流電壓反饋控制。 從開發(fā)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用角度出發(fā)，希望所選用的 驅(qū)動(dòng)器外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 ，便于開發(fā)。 2） IGBT 對(duì) 驅(qū)動(dòng)電路 設(shè)計(jì)的要求 根據(jù) IGBT 的工作特性，對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路的要求如下： ① 提供適當(dāng)?shù)恼聪螂妷?，?IGBT 能可靠的開通和關(guān)斷。 次 外 ， IGBT 為 壓控 型 器件 ， 當(dāng)集射極加 高電壓時(shí) ， 很容易受外界干擾使門級(jí)間電壓超過(guò)一定值引起器件誤導(dǎo)通 ， 甚至導(dǎo)致直通現(xiàn)象發(fā)生 。逆變輸出的交流電頻率為 50Hz，則振蕩頻率應(yīng)該 100Hz。 采樣電路原理圖如圖 25 所示。送入微機(jī)后，對(duì)電路故障進(jìn)行報(bào)警等處理，告知操作員及時(shí)作出人為 故障處理。 7 Vin 主電源輸入端。 MAX187 串行 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 MAX187 為逐次逼近式 ADC，工作電壓為 5V，模擬輸入電壓范圍0~5V， 片內(nèi) 時(shí)鐘 ，高速三線串行接口 設(shè)計(jì) 。 微機(jī)端口配置如圖 212。體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高 。 unsigned char hdata,ldata。} //數(shù)據(jù)處理 result=0。 本設(shè)計(jì)的逆變電源輸出為 220V/50Hz 的方波交流電壓， 對(duì) PWM技術(shù)的應(yīng)用顯得十分基礎(chǔ)， PWM 波形等幅等寬。 缺點(diǎn)是由于 SPWM 波形產(chǎn)生需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算， 繁瑣的計(jì)算過(guò)程在實(shí)時(shí)控制問題上存在弊端。 1）自然采樣法 自然采樣法就是在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開關(guān)器件的通斷 。 圖 45 單相橋式 PWM 逆變電路輸出電壓頻譜圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 第 5 章 總結(jié)與 展 望 全文工作總結(jié) 對(duì)于逆變電源而言，提高逆變電源的性能是非常重要的。由于時(shí)間和精力的限制，所涉及的內(nèi)容只是逆變技術(shù)的一個(gè)局部。 引入微機(jī)控制。諧波角頻率為 rc kn ?? ? （ 45） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 式中， n=1， 3， 5??時(shí)， k=2， 4， 6??； n=2， 4， 6??時(shí)， k=1， 3，5??。在負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，仍為 VT1 和VT4 導(dǎo)通時(shí)，因 io 為負(fù) ，所以 io 實(shí)際上從 VD1 和 VD4 流過(guò)，此時(shí)仍有uo=Ud； VT4 關(guān)斷， VT3 開通后， io 從 VT3 和 VD1 續(xù)流， uo=0。 諸如 這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化且和正弦波等效的 PWM 波形，也稱為 SPWM 波形。這個(gè)過(guò)程時(shí)間較短，在 10s 左右。 if(AOUT) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 hdata=0x01。片選有效后延 時(shí) 以上，確保 A/D 轉(zhuǎn)換完成。一級(jí)保護(hù)使用電流互感器進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)特定的保護(hù)電路處理，動(dòng)作迅速；二級(jí)保護(hù)采用傳統(tǒng)的熔斷器保護(hù)。微機(jī)控制 MAX187 的片選端 CS ，使數(shù)模轉(zhuǎn)換器間斷分時(shí)工作。當(dāng)市電故障斷電時(shí)， SENSE 引腳電壓降至 Vin 引腳電壓一下， STAT 引腳開路，使市電 PMOSFET 關(guān)斷。內(nèi)部 FET 導(dǎo)通時(shí)，輸出低電平；內(nèi)部 FET 截止是，輸出高電平。 當(dāng)一級(jí)保護(hù)出現(xiàn)故障，不能對(duì)電源進(jìn)行保護(hù)時(shí)，二級(jí)保護(hù)啟動(dòng)，確保了電源可靠被保護(hù)。 電路設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 逆變輸出電 壓經(jīng)變壓器取樣繞組降壓后，首先進(jìn)行整流。此外， UC3524 還對(duì)逆變電源進(jìn)行過(guò)載或短路保護(hù)。 ⑤ 當(dāng) IGBT關(guān)斷時(shí)，柵射電壓很容易受 IGBT和電路寄生參數(shù)的干擾，使柵射電壓引起器件誤導(dǎo)通，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，可以在柵射間并接一個(gè)電阻 RGE，阻值在 10kΩ 左右 。 IGBT 具有和 GTO 類似的伏安特性，隨著控制電壓 UGE 的增加，特性曲線上移。 逆變電路對(duì)驅(qū)動(dòng)器有一下幾點(diǎn) 要求： 輸出脈沖頻率可調(diào)。 蓄電池電量檢測(cè) 使用了串行 12 位模數(shù) 芯片 MAX187。此 外該逆變電源還具有以下幾大功能： 過(guò)載和短路保護(hù)。因此半橋逆變電路常用于幾千瓦一下的小功率逆變電源。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 逆變電源設(shè)計(jì)方案論證 設(shè)計(jì)背景 基于 UC3524 逆變電源的設(shè)計(jì)思路 基于 UC3524 的后備式逆變電源主要用于當(dāng)市電突然斷電時(shí)，能 繼續(xù)向用電設(shè)備 供電設(shè)計(jì)。 逆變電源技術(shù)是一門綜合性的專業(yè)技術(shù)，它橫跨電力、電子、微處理器及自動(dòng)控制等多學(xué)科領(lǐng)域，是目前電力電子產(chǎn)業(yè)和科研的熱點(diǎn)之一。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 逆變電源是一種采用電力電 子技術(shù)進(jìn)行電能變幻的裝置，它從交流或直流輸入 ， 經(jīng)電能變換 獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。 基于上述兩種逆變方式的特性， 本課題吸收了這兩種逆變電源變換方式的優(yōu)點(diǎn)，即通過(guò) UC3524 產(chǎn)生 50Hz 的直流方波，控制由 IGBT 組成的橋式逆變電路工作，產(chǎn)生 24V/50Hz 的方波交流電，然后利用工頻變壓器產(chǎn)生 220V 的交流電。負(fù)載連接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。 全橋逆變開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng) 基于全橋逆變電路的工作原理， 通過(guò) UC3524S 雙端輸出驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生特定頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變電路中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。 逆變電源的微機(jī) 芯片為 ATM 公司的 AT89S52 低功耗 COMS8 位控制器， 8K 系統(tǒng)可編程 F lash， 256K RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針等，片上資源豐富。如果逆變 橋 中的開關(guān)器件開通和關(guān)斷出現(xiàn)紊亂，這將直接降低輸出電能的 質(zhì)量 ， 甚至 會(huì)導(dǎo)致 逆變失敗或短路 嚴(yán)重的 電路故障。 設(shè)計(jì)原理 IGBT 也稱為絕緣柵雙極晶體管 , 是復(fù)合了功率場(chǎng)效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合器件 , 它將功率場(chǎng)效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)集于一身 , 既 具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū) 動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn) , 又具有通態(tài)電壓低、耐壓高和承受 電流大等優(yōu)點(diǎn) , 因此應(yīng)用更加廣泛。 RG 較大 ， 有利于抑制 IGBT 的電流上升率及電壓上升率 ， 但會(huì)增加 IGBT 的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗 ； RG 較小 ， 會(huì)引起電 流上升率增大 ， 使 IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。 UC3524 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 如圖 23。 內(nèi)部差分放大器的輸出電壓與輸出 脈沖占空比近似為線性關(guān)系，當(dāng)輸出電壓為 時(shí)，脈沖占空比為 45%；當(dāng)輸出電壓降為 時(shí)，脈沖占空比降為 10%；當(dāng)輸出電壓為 1V 時(shí)，占空比為 0，無(wú)驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。故為電源 設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)電路是不可缺少的環(huán)節(jié)。 LTC4414 各引腳功能見表22。 當(dāng)市電正常供電時(shí)， SENSE 引腳電壓被拉至 Vin 引腳電壓以上達(dá) 20mV 左右， S TAT 引腳從開路狀態(tài)變至一個(gè) 5mA的電流宿， 通過(guò)上拉電阻的作用驅(qū)動(dòng)市電 PMOSFET 導(dǎo)通。 MAX187 參考電壓 取 內(nèi)部參考， SHDN 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 引腳接 VCC 電源端， REF 參考電壓引腳對(duì)地接入一個(gè) 電容 。 （ 2） 采用物理隔離技術(shù) 為隔離電網(wǎng)中可能 參雜的各種諧波以及負(fù)載變化時(shí)帶來(lái)的各種噪聲 ，逆變電源與電網(wǎng)和負(fù)載連接時(shí) ， 使用 變壓器 將 其與電網(wǎng)和負(fù)載完全洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 的物理隔離， 即 逆變電源與電網(wǎng) 、 負(fù)載沒有直接電氣連接。發(fā)晚脈沖后 DOUT 將置為高電平。i4。 微機(jī)根據(jù)這些信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)控制命令使逆變電源工作安全穩(wěn)定，同時(shí)，通過(guò)顯示器和信號(hào)燈，顯示逆變電源當(dāng)前工作狀態(tài)和工作情況。把上述脈沖序列用寬度不等而幅值相等的另一組數(shù)量相同的脈沖序列代替 ，使矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦波部分中點(diǎn)重合，且矩形脈沖和相應(yīng)的正弦脈沖部分面積（沖量）相等 ，便得到 42b 所示的脈沖波，這就是 PWM 波形。控制過(guò)程如下： 在輸出電壓 uo 的正半周， 使 VT1 保持通態(tài) ， VT2 保持?jǐn)鄳B(tài)， VT3 和 VT4 交替導(dǎo)通。 由于諧波分析過(guò)程 很負(fù)責(zé)繁瑣，而結(jié)論卻簡(jiǎn)單直觀。 研究了 逆變 控制系統(tǒng)中控制變量的采樣延時(shí)，為了盡量減小 A/D轉(zhuǎn)換 對(duì) 逆變 控制逆變系統(tǒng) 工作負(fù)擔(dān)加大的影響 ，進(jìn)行了輸出電 壓 A/D 采樣方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在輸出電壓反饋信號(hào) 周期 采樣 ， 轉(zhuǎn)換完成后 將 采樣結(jié)果 返回到控制系統(tǒng) ，大大 削減了微機(jī)的工作量 。 微機(jī)控制采用目前工程應(yīng)用廣泛的數(shù)字信號(hào)處理器 DSP，將使逆變電源整個(gè)工作性能進(jìn)行大幅提升，而且開發(fā)成本低，有效提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 本文著重研究設(shè)計(jì)了基于 UC3524 的逆變電源，包括逆變主電路設(shè)計(jì)方案、脈沖發(fā)生電路、保護(hù)及反饋技術(shù)。圖 44 為規(guī)則采樣法原理圖。一般載波是采用等腰三角形的，最后需要的 SPWM 波形就是當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波的時(shí)候。效果基本相同，即環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同 。 result=lbyte。i8。 MAX187 操作時(shí)序圖如圖 31 所示。 P P P3 口有內(nèi)置上拉電阻，在驅(qū)動(dòng)能力 足夠的前提下，無(wú)需再外接上拉電阻。高電平使用內(nèi)部參考電壓，懸空時(shí)禁止內(nèi)部參考。當(dāng)未接入輔助電源時(shí)，此端直接由模擬控制器控制，使外接 PMOSFET 導(dǎo)通；當(dāng)無(wú)輔助電源時(shí)，GATE 端電壓升到 SENSE 端電壓， PMOSFET 關(guān)斷。 圖 28 市電斷電監(jiān)測(cè)電路 該 部分電路主要是給微機(jī)提供市電運(yùn)行狀態(tài)信息，微機(jī)通過(guò)外部中斷對(duì)市電運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掃描檢測(cè)。 負(fù)載供電自動(dòng)切換電路 完成負(fù)載供電在市電與逆變電源間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 5V 基準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻 R3 R42 進(jìn)行1:2 分壓后，作為誤差檢測(cè)電壓接入 內(nèi)部 差分放大器同相輸入端。再達(dá)林頓組合前，再加一級(jí)射極輸出放大。負(fù)偏電壓可防止由于關(guān)斷時(shí)浪涌電流過(guò)大而 導(dǎo)致 IGBT誤導(dǎo)通， 一般選 UGE=5V 為宜