【文章內(nèi)容簡介】 但會增加 IGBT 的開關(guān)時間和開關(guān)損耗 ； RG 較小 ， 會引起電 流上升率增大 ， 使 IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。 RG 的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)及 IGBT 的容量有關(guān) ， 一洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 般在幾歐～幾十歐 （ 在具體應(yīng)用中， 應(yīng)根據(jù)實際情況予以適當(dāng)調(diào)整 ） 。 本設(shè)計中 RG 選阻值為 15Ω 的電阻。 ⑤ 當(dāng) IGBT關(guān)斷時，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電阻 RGE，阻值在 10kΩ 左右 。此外，在實際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動電路出 現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值 與正負柵壓相同。 3）柵極布線要求 IGBT 接線較 長時易產(chǎn)生振蕩 ， 因此 柵 級電阻 RG 的接入盡量靠近IGBT。 驅(qū)動電路輸出 一般不 和 IGBT 柵極直接相連，應(yīng)使用 絞合 線連接(2 轉(zhuǎn)／ cm)。 次 外 ， IGBT 為 壓控 型 器件 ， 當(dāng)集射極加 高電壓時 ， 很容易受外界干擾使門級間電壓超過一定值引起器件誤導(dǎo)通 ， 甚至導(dǎo)致直通現(xiàn)象發(fā)生 。 為此 ， 本設(shè)計中采用了 如下 兩 種措施加以改善 ： a、 在柵 — 射極間并接一個阻值為 10kΩ 的電阻，且將其并聯(lián)在柵射極最近處； b、 在 柵 射極間并聯(lián)兩只反串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管 ， 把浪涌電壓限制 在30V 以下 。 全橋逆變電路如圖 22 所示： 圖 22 全橋逆變電路 V2 和 V3 組成達林頓連接，對輸入信號進行功率放大，使其滿足IGBT 驅(qū)動信號的功率要求。再達林頓組合前，再加一級射極輸出放大。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 本 設(shè)計的逆變電源輸出額定功率為 1kW，考慮 10%的安全裕度，設(shè)計功率為 。 IGBT 最高耐壓值 1300V， 最大工作電流 50A，則該逆變橋輸出的實際最大功率為 ，即逆變電源的實際最大 輸出 功率為。 驅(qū)動脈沖發(fā)生電路設(shè)計 該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 UC3524 UC3524 以其優(yōu)越的可靠性、外圍電路設(shè)計簡潔，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 還對逆變電源進行過載或短路保護。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 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 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(qū)動脈沖被關(guān)斷 1 14 內(nèi)部兩路驅(qū)動級 NPN 管發(fā)射極引出端 1 13 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） 16 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端 電路設(shè)計 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)時間與 CT 有關(guān) ，死區(qū)時間設(shè)定在 10μs， CT 值為 ，根據(jù) T=RT CT，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1 13 腳 上拉 5K 電阻到 12V 電源。 5V 基準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻 R3 R42 進行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)斷能力進行換流，即器件換流。設(shè)計中，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 換流失敗 。 為此，脈沖 發(fā)生器 設(shè)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。 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(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理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 相輸入端。當(dāng)輸出電壓幅值偏高時，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，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，當(dāng)輸出電壓為 時，脈沖占空比為 45%；當(dāng)輸出電壓降為 時，脈沖占空比降為 10%；當(dāng)輸出電壓為 1V 時，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行穩(wěn)壓控制，逆變輸出采樣電路對逆變輸出電壓進行取樣，將取樣交流 24V 電壓進行整流、濾波處理后，經(jīng)R4 R4 R51 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 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 逆變輸出電 壓經(jīng)變壓器取樣繞組降壓后，首先進行整流。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 負載供電自動切換電路 工作特性 本設(shè)計的逆變電源為后備式，所以 在市電正常情況下，負載由市電供電；當(dāng)市電故障時，負載則有逆變電源供電。負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。 負載供電自動切換電路 完成負載供電在市電與逆變電源間的自動轉(zhuǎn)換。 電路設(shè)計 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，繼電器常閉觸頭接通市電給負載供電；市電故障時，繼電器動作，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，接通逆變輸出，給負載供電。 電路原理圖如圖 26 所示。 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(chǎn)生電弧， 所以選擇繼電器時，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，造成觸頭接洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 觸不良而影響供電性能。 圖 26 負載供電自動切換電路 逆變電源保護電路 逆變電源除了要輸出穩(wěn)壓恒頻的交流電外，當(dāng)電路或負載發(fā)生短路、嚴重 過載故障時，要能進行及時自我保護，防止電源 損壞。故為電源 設(shè)計過載保護電路是不可缺少的環(huán)節(jié)。 為保證 電路或負載短路、長時間過載 時 能可靠的進行自我保護，保護電路設(shè)計了雙重保護， 即設(shè)計特定的保護電路，作為一 級保護，當(dāng)發(fā)生短路、過載故障時 ，首先啟動一級保護。在逆變電源輸出端和市電接入端分別接入熔斷器 F F2，作為二級保護， 如圖 26 所示。 當(dāng)一級保護出現(xiàn)故障，不能對電源進行保護時，二級保護啟動，確保了電源可靠被保護。 保護電路如圖 27 所示。 圖 27 逆變電源保護電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)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。 此外，還將保護信號送入微機，保護電路對電壓進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以直接送入微機處 理的電平信號。送入微機后，對電路故障進行報警等處理，告知操作員及時作出人為 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行監(jiān)測，當(dāng)市電突然斷電時，發(fā)出斷電信號給逆變電源；當(dāng)市電供電恢復(fù)正常時，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提供市電運行狀態(tài)信息，微機通過外部中斷對市電運行狀態(tài)進行掃描檢測。當(dāng)市電運行狀態(tài)發(fā)生變化時，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 逆變電源除了給負載 提供電源外，其自身的運行也要消耗電能。為保證蓄電池的放電時間，在市電正常時，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，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 LTC4414 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)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 。 該器件工作電壓范圍為 ～ 36V；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；有電池反極性保護及外接 PMOSFET 的柵極箝位保護；可采用微制器進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 1 STAT 漏極開路輸出狀態(tài)引腳 。使用時需外接上拉電阻，輸出狀態(tài)信號。內(nèi)部 FET 導(dǎo)通時，輸出低電平；內(nèi)部 FET 截止是，輸出高電平。 2 CTL 邏輯電平控制信號輸入端?？刂仆饨?PMOSFET 的通斷，加高電平時， PMOSFET 由導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止。 3 GND 接地 5 NC 空腳 6 SENSE 有兩個功能：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 ，該輔助電源還向負載供電。 7 Vin 主電源輸入端。該輸入通常由一個用于向負載輸送電能的 蓄 電池或其他電源來供電，使用時，通過一個 ~10μF 的電容器把該引腳旁路至地，抑制負載瞬變 。 8 GATE 外接 PMOSFET 的驅(qū)動端。當(dāng)未接入輔助電源時，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，GATE 端電壓升到 SENSE 端電壓， PMOSFET 關(guān)斷。 電路設(shè)計 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，供電電源切換到蓄電池；當(dāng)電 網(wǎng)恢復(fù)供電時，供電電源切換至電網(wǎng)供電。整個切換過程要求迅速， 切換時間短，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。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 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， SENSE 引腳電壓被拉至 Vin 引腳電壓以上達 20mV 左右， S TAT 引腳從開路狀態(tài)變至一個 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， 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， 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， LTC4414 控制 Vin 和 SENSE 引腳之間維持一個 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)對蓄電池的電量進行監(jiān)測，當(dāng)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 。 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) 時鐘 ，高速三線串行接口 設(shè)計 。 MAX187 引腳排列如圖 210所示。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 VDD1AIN2SHDN3REF4GND5DOUT6CS7SCLK8 圖 2