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正文內(nèi)容

基于uc3524的逆變電源設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2025-07-20 23:19 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 部分為逆變橋提供驅(qū)動脈沖信號,控制逆變橋工作。選擇雙端輸出驅(qū)動器UC3524作為脈沖驅(qū)動信號發(fā)生器。雙端輸出驅(qū)動器UC3524UC3524以其優(yōu)越的可靠性、外圍電路設(shè)計(jì)簡潔,在逆變電源、開關(guān)電源等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。UC3524內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖23。圖23 UC3524內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)UC3524各引腳功能見表21。工作特性該部分為整個(gè)逆變電路的核心,脈沖發(fā)生器UC3524根據(jù)設(shè)定的振蕩周期,發(fā)出固定頻率的PWM脈沖信號,控制逆變橋工作,同時(shí)逆變電源輸出反饋信號經(jīng)反饋電路處理后反饋給UC3524。此外,UC3524還對逆變電源進(jìn)行過載或短路保護(hù)。表21 UC3524引腳功能引腳號引腳功能1內(nèi)部差分放大器EA的反相輸入端。2內(nèi)部差分放大器EA的同相輸入端。3內(nèi)部振動器鋸齒波輸出端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R3C22組成相位矯正電路10PWM脈沖輸出控制端,輸入高電平時(shí),驅(qū)動脈沖被關(guān)斷114內(nèi)部兩路驅(qū)動級NPN管發(fā)射極引出端113內(nèi)部兩路驅(qū)動級NPN管集電極引出端15直流電源輸入端(12~28V)165V基準(zhǔn)電壓輸出端電路設(shè)計(jì)UC3524輸出脈沖為兩路輸出,即開關(guān)頻率為振蕩頻率的兩倍。逆變輸出的交流電頻率為50Hz,則振蕩頻率應(yīng)該100Hz。脈沖發(fā)生器死區(qū)時(shí)間與CT有關(guān),死區(qū)時(shí)間設(shè)定在10μs,根據(jù)T=RTCT,可求得,RT=100kΩ。為驅(qū)動后級信號放大管,內(nèi)部驅(qū)動級NPN管集電極113腳上拉5K電阻到12V電源。5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻R3R42進(jìn)行1:2分壓后,作為誤差檢測電壓接入內(nèi)部差分放大器同相輸入端。逆變橋使用的是全控型器件IGBT,所以逆變換流利用器件的全關(guān)斷能力進(jìn)行換流,即器件換流。設(shè)計(jì)中,必須保證換流過程中換流不可重疊,即一路導(dǎo)通的前提必須是另一路完全關(guān)斷,否則就會造成短路,導(dǎo)致?lián)Q流失敗。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。為確保逆變輸出交流電壓幅值穩(wěn)定,對輸出電壓進(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)部差分放大器反相輸入端。當(dāng)輸出電壓幅值偏高時(shí),采樣電壓升高差分放大器的輸出電壓降低,送至PWM比較器,是輸出脈沖占空比減小,使逆變輸出電壓降低;當(dāng)輸出電壓幅值偏高時(shí),為上述相反過程。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,脈沖占空比為45%;,脈沖占空比降為10%;當(dāng)輸出電壓為1V時(shí),占空比為0,無驅(qū)動脈沖輸出。電路原理圖如圖24所示。圖24 脈沖發(fā)生電路原理圖 逆變輸出采樣電路工作特性為了對逆變輸出的方波電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制,逆變輸出采樣電路對逆變輸出電壓進(jìn)行取樣,將取樣交流24V電壓進(jìn)行整流、濾波處理后,經(jīng)R4R4R51分壓后,送人雙端驅(qū)動器UC3524的1引腳取樣輸入端,如圖24所示。電路設(shè)計(jì)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。整流方式選擇正極性橋式整流,整流器件采用整流二極管。經(jīng)過整流后的直流電壓是脈動的,必須經(jīng)過濾波處理,直流電壓更加平穩(wěn)。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。采樣電路原理圖如圖25所示。圖25 逆變輸出采樣電路 負(fù)載供電自動切換電路工作特性本設(shè)計(jì)的逆變電源為后備式,所以在市電正常情況下,負(fù)載由市電供電;當(dāng)市電故障時(shí),負(fù)載則有逆變電源供電。負(fù)載供電電源在這兩種電源間的切換由逆變電源控制自動完成。負(fù)載供電自動切換電路完成負(fù)載供電在市電與逆變電源間的自動轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計(jì)切換電路主要器件是繼電器,選擇有一對常開觸頭和一對常閉觸頭的繼電器,觸頭額定參數(shù)為250VAC/10A,線圈額定參數(shù)24VDC。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。電路原理圖如圖26所示??紤]到該電路是在帶負(fù)載的情況下進(jìn)行電源自動切換,切換過程中,觸頭會產(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,造成觸頭接觸不良而影響供電性能。圖26 負(fù)載供電自動切換電路 逆變電源保護(hù)電路逆變電源除了要輸出穩(wěn)壓恒頻的交流電外,當(dāng)電路或負(fù)載發(fā)生短路、嚴(yán)重過載故障時(shí),要能進(jìn)行及時(shí)自我保護(hù),防止電源損壞。故為電源設(shè)計(jì)過載保護(hù)電路是不可缺少的環(huán)節(jié)。為保證電路或負(fù)載短路、長時(shí)間過載時(shí)能可靠的進(jìn)行自我保護(hù),保護(hù)電路設(shè)計(jì)了雙重保護(hù),即設(shè)計(jì)特定的保護(hù)電路,作為一級保護(hù),當(dāng)發(fā)生短路、過載故障時(shí),首先啟動一級保護(hù)。在逆變電源輸出端和市電接入端分別接入熔斷器FF2,作為二級保護(hù),如圖26所示。當(dāng)一級保護(hù)出現(xiàn)故障,不能對電源進(jìn)行保護(hù)時(shí),二級保護(hù)啟動,確保了電源可靠被保護(hù)。保護(hù)電路如圖27所示。圖27 逆變電源保護(hù)電路負(fù)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(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,見圖24。此外,還將保護(hù)信號送入微機(jī),保護(hù)電路對電壓進(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。送入微機(jī)后,對電路故障進(jìn)行報(bào)警等處理,告知操作員及時(shí)作出人為故障處理。 市電斷電監(jiān)測電路市電斷電監(jiān)測電路對市電是否正常進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)市電突然斷電時(shí),發(fā)出斷電信號給逆變電源;當(dāng)市電供電恢復(fù)正常時(shí),發(fā)出恢復(fù)供電信號給逆變電源。斷電檢測電路如圖28所示。圖28 市電斷電監(jiān)測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)通過外部中斷對市電運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掃描檢測。當(dāng)市電運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),監(jiān)測電路輸出對應(yīng)為高低電平的跳變。 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。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),蓄電池才對其供電,這樣提高了蓄電池的使用效率。電源切換控制器LTC4414LTC4414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?!?6V;電路簡單,外圍元器件少;靜態(tài)電流小,典型值為30μA;能驅(qū)動大電流P溝道功率MOSFET;有電池反極性保護(hù)及外接PMOSFET的柵極箝位保護(hù);可采用微制器進(jìn)行控制或采用手動控制;工作溫度40℃+125℃。LTC4414各引腳功能見表22。表22 LTC4414各引腳功能引 腳符 號功 能1STAT漏極開路輸出狀態(tài)引腳。使用時(shí)需外接上拉電阻,輸出狀態(tài)信號。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。2CTL邏輯電平控制信號輸入端??刂仆饨覲MOSFET的通斷,加高電平時(shí),PMOSFET由導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止。3GND接地5NC空腳6SENSE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。7Vin主電源輸入端。該輸入通常由一個(gè)用于向負(fù)載輸送電能的蓄電池或其他電源來供電,使用時(shí),~10μF的電容器把該引腳旁路至地,抑制負(fù)載瞬變。8GATE外接PMOSFET的驅(qū)動端。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)無輔助電源時(shí),GATE端電壓升到SENSE端電壓,PMOSFET關(guān)斷。電路設(shè)計(jì)該電路完成逆變電源自身供電電源在市電電網(wǎng)和蓄電池間相互切換,即當(dāng)市電電網(wǎng)斷電時(shí),供電電源切換到蓄電池;當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí),供電電源切換至電網(wǎng)供電。整個(gè)切換過程要求迅速,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。LTC4414的主電源輸入端Vin接24V蓄電池,CTL接地。GATE端接蓄電池PMOSFET驅(qū)動端,接通或切斷控制蓄電池對逆變電源供電。STAT端上拉47K電阻到主電源,接市電PMOSFET驅(qū)動端,接通或切斷市電電網(wǎng)對逆變電源供電。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,STAT引腳從開路狀態(tài)變至一個(gè)5mA的電流宿,通過上拉電阻的作用驅(qū)動市電PMOSFET導(dǎo)通。此時(shí),GATE引腳電壓被上拉至SENSE引腳電壓,從而關(guān)斷蓄電池PMOSFET。市電對逆變電源供電。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。同時(shí),LTC4414控制Vin和SENSE引腳之間維持一個(gè)20mV的正向調(diào)節(jié)電壓,GATE驅(qū)動蓄電池PMOSFET導(dǎo)通,蓄電池對逆變電源供電。電路原理圖如圖29所示。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,電量會逐漸降低,為防止蓄電池過放,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)對蓄電池的電量進(jìn)行監(jiān)測,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。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)。MAX187引腳排列如圖210所示。圖210 MAX187外形結(jié)構(gòu)圖各引腳的功能見下表23:表23 MAX187引腳定義說明引 腳名 稱功 能1VDD+5V電源2AIN模擬量輸入,范圍0~VREF3操作模式選擇,低電平為休眠模式,高電平或懸空為正常操作模式。高電平使用內(nèi)部參考電壓,懸空時(shí)禁止內(nèi)部參考。4REF參考電壓,;使用外部參考時(shí),—VDD的基準(zhǔn)電壓。5GND接地6DOUT數(shù)據(jù)輸出7片選信號端8SCLK時(shí)鐘信號輸入。最高5MHz電路設(shè)計(jì)蓄電池平穩(wěn)放電過程中,放電電流會逐漸降低,當(dāng)電量不足時(shí),放電電流會降幅更大。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限電壓,當(dāng)電阻壓降高于這個(gè)門限電壓時(shí),電池電量充足;當(dāng)電
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