【文章內容簡介】 ，一種是光電隔離，一種是電磁驅動。光電隔離采用用的主要器件為光耦。光耦的優(yōu)點是體積小，結構簡單，缺點是傳輸速度較慢。電磁隔離常用的器件是脈沖變壓器。它的優(yōu)點是響應的速度快，比光電隔離擁有較強的共模抑制比。但缺點是體積大，加工復雜，對傳輸信號有一定的要求。比如占空比不能超過50%，能傳輸的信號最小寬度較小。本次設計采用的是IR2110S作為驅動器件。IR2110S是美國IR公司生產的封裝為SO16的芯片，兼有體積小和速度快兩個優(yōu)點。IR2110S采用閂鎖和HVIC的CMOS制造工藝的貼片封裝，具有很強的抗干擾能力。低端和高端輸入通道相互獨立，互不干擾。懸浮電源采用的是自舉電路，可以實現高端工作電壓在500V。邏輯電源電壓范圍在5到15V，因此可以與單片機的TTL電平匹配。最高工作頻率可以為500KHz。開通、關斷的延遲只有120ns和94ns。IR2110S的內部結構框圖如圖36所示。圖36 IR2110S內部結構框圖IR2110S的管腳如表31所示。引腳名稱功能1LO低端輸出2COM公共端3VCC電源電壓(低端固定)4NC無效端5NC無效端6Vs電源偏移電壓(高端浮置)7VB電源電壓(高端浮置)8HO輸出（高端）9NC無效端10NC無效端11VDD邏輯電源電壓(邏輯)12HIN邏輯高端輸入13SD關斷14LIN邏輯低端輸入Vss15Vss邏輯地16NC無效端表31 IR2110S引腳邏輯電路地根據芯片的結構和管腳設計的電路原理圖如圖37所示。圖37 驅動隔離原理圖單片機輸出的四路SPWM波輸入到IR2110S的HIN和LIN。C2C2C30和C31為芯片電源的濾波電容。C2C29為自舉電容，DD21為自舉二極管。開關管在導通時，需要在很小的時間內存儲足夠的柵電荷供給門極。開關管在開通后，自舉電容兩端的電壓為10V。自舉電容充電時。開關管柵極泄漏壓降約有1/2左右。綜合這些條件，自舉電容容量選擇公式為C12Qg/(VCC－10－)。經過計算，本次設計的自舉電容為100uf/35V。自舉二極管是組成自舉電路的重要的自舉器件，主要作用是阻斷直流干線上的高壓。自舉二極管所需承受的電流是柵極電荷與開關頻率之積。本次設計采用的自舉二極管為恢復二極管FM1S。該二極管擁有較小的反向漏電流，可以有效的減小電荷損失。 開關電路的設計本次設計中開關管的輸入電壓在400V左右，輸出功率在300W以上。因此必須使用功率足夠的功率開關管。本次設計采用的是IRF840作為開關管。IRF840的最大漏源電壓在500V，漏極電流為8A左右，足以滿足本次設計的要求。設計的電路如圖38所示。圖38 開關電路原理圖開關管的控制信號為IR2110S隔離后的SPWM正弦波，輸入電壓為400V左右的直流電，經過SPWM波形調制后，輸出220V，50Hz的正弦波交流電。經過后級的LC濾波電路后，使輸出波形的更加純凈。 LC濾波電路設計為了濾除開關管輸出的交流電中高頻成分，以及增強電源的EMI特性。設計了一個LC濾波電路。電路原理圖如圖39所示。圖39 LC濾波電路L1采用的是磁環(huán)繞制導線而成的差模電感。磁環(huán)為直徑40MM的鐵硅鋁材料制作。磁環(huán)的導磁率為125，導磁率為60。繞制時分兩層，第一層為45圈，內圈的線緊密繞制，外圈線的每圈留有一個空隙。第二層為45圈，內圈疊在第一層線上，外圈嵌在第一層的空隙中。 保護模塊 溫度保護本設計有兩路溫度控制電路。一個是當溫度超過一定值時開啟散熱風扇。另一個是作為DCDC模塊的溫度補償模塊，當溫度過高時，停止前級DCDC的轉換。散熱風扇的控制采用的是熱保護器KSD9700。KSD9700是由兩片不同材料的金屬片組成的。正常溫度情況下，兩個金屬片斷開，相當于開關斷開。風扇不工作。當金屬片感知溫度超過40攝氏度時，兩個金屬片粘合，相當于開關閉合，此時風扇開始工作。當溫度恢復正常時，兩個金屬片又重新斷開。設計的電路如圖310所示。圖310 散熱風扇電路設計DCDC模塊的溫度補償傳感器采用NTC熱敏電阻。熱敏電阻接入DCDC模塊中PWM脈沖產生芯片SG3525的關斷端。當溫度過高時，SG3525停止工作。輸入的保護主要有三部分。一是防止輸入反接。二是防止輸入電壓過低。三是防止輸入電壓過高。逆變器的輸入端為直流輸入，存在輸入接反的可能性。因此，設計了一防反接電路。當接反時，切斷電源的輸入，防止損壞后級電路。設計的電路如圖311所示。圖311 反接保護原理圖當輸入電源正確接入時，MOS管體二極管正向導通，MOS管的柵極電壓大于源極電壓，因此MOS管導通。后級負載正常工作。當輸入電源接錯時，二極管反射截止，MOS的截止，電路中沒有電流流過，切斷了后級負載與電源的連接。電路中Ri1與電容Ci1為緩沖電路，防止上電瞬間電壓過高損壞MOS管。Z1為穩(wěn)壓管，防止MOS管的柵極和源極兩端電壓過高，損壞MOS管。輸入電壓保護采用一個LM324運放組成的電壓比較器。當輸入電壓過高或過低時，關斷DCDC模塊中PWM的產生，即可停止轉換。同時，輸出一個信號控制蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲報警。設計的電路如圖312所示。圖312 輸入電壓保護電路原理圖輸出保護的設計采用的是從開關管的輸出部分取樣，反饋到一個LM393組成的電壓比較器，一路送入單片機的AD端，經過AD轉換后修正輸出。另一路送入IR2110S的關斷端(SD端)。當IR2110S的SD端接收到信號后，停止驅動隔離，則不再輸出SPWM波形。有效的保護的電路。設計的電路如圖313所示。313 輸出保護電路原理圖系統(tǒng)輸入的電壓為直流的12V，輸出為交流220V，而系統(tǒng)內各芯片工作電壓為直流5V。因此需要設計一個直流5V的產生電路，作為芯片的電源使用。本設計采用的方案為將輸入的12V直流電壓經過7805三端穩(wěn)壓集成電路，芯片輸出穩(wěn)定的直流5V電源。7805包含三條引腳，分別是輸入、輸出端和接地端。因此，所組成的穩(wěn)壓電路也十分簡單，僅需配置幾個濾波電容，便可以組成一個穩(wěn)壓電路。芯片內部已經集成了過流、過熱的保護電路。設計的穩(wěn)壓電路如圖314所示。313 直流5V電源原理圖本設計采用的液晶顯示是12832液晶模塊。常見的液晶模塊的驅動方式有三種，分別為靜態(tài)驅動、單矩陣驅動和主動矩陣驅動。矩陣驅動系統(tǒng)包括行驅動器，列驅動器，偏壓電路，電源等電路。行寄存器在內部的數據傳輸為串行方式，列寄存器有兩種數據傳輸方式，一種是串行傳輸，一種是并行數據傳輸。12832液晶模塊引腳定義如表32所示。引腳名稱功能說明1VO亮度調整，外部接電阻2VR亮度調整，外部接電阻3GND地4VCC電源5NC保留端6RS(CS)并行：選擇寄存器；串行：數據寄存器片選端7RW(SID)并行：讀寫控制器；串行：數據輸入端8E(SCLK)并行：讀寫數據起始端；串行：輸入脈沖9D0數據0位，僅在并行有效10D1數據1位，僅在并行有效11D2數據2位，僅在并行有效12D3數據3位，僅在并行有效13D4數據4位，僅在并行有效14D5數據5位，僅在并行有效15D6數據6位，僅在并行有效16D7數據7位，僅在并行有效17PSB控制信號，0為串行，1為并行18RST低有效的復位信號19LK液晶內部背光源負極20LA液晶內部背光源正極表32 LCD12831管腳為了節(jié)約管腳的使用，簡化電路連接，本次設計采用的是串行口連接。當PSB引腳連接低電平時，液晶進入串行工作模式。在串行工作模式下，根據同步時鐘線SCLK和串行數據線SID配合完成數據的發(fā)送與接收。設計的電路如圖313所示。圖313 液晶顯示模塊原理圖當輸入電壓過高或過低時，會通過蜂鳴器產生蜂鳴聲，蜂鳴器的電路設計如圖314所示。圖314 蜂鳴器電路原理圖硬件是一個設計的身體，而軟件則是一個設計的靈魂。兩者缺一不可。因此，對系統(tǒng)的軟件設計也很重要。系統(tǒng)的軟件設計步驟有三個，一是選擇開發(fā)環(huán)境的，即程序的編寫、調試、編譯等操作的環(huán)境與軟件；二是各功能模塊程序的設計；三是最終的程序調試，以實現要求的功能。本次設計采用Keil uVision3軟件，由于Keil uVision3的庫中并不包含STC系列的單片機，但STC與51系列單片機的內核相同。因此，可以選擇51的內核，在程序中加入STC12C5410AD單片機宏定義的頭文件即可使用。創(chuàng)建的步驟如下。首先需要新建一個文件夾，用于存放程序的工程文件。新建文件夾完成后啟動Keil uVision3軟件。之后新建一個工程，并將該工程保存在新建的文件夾中。創(chuàng)建工程的步驟為，點擊Project下的New Project菜單，彈出一個對話框。在對話框中選擇保存該工程的文件夾和工程名。將該工程保存在新建的文件夾中。點擊保存按鈕即可。