【導(dǎo)讀】由于世界各國(guó)電網(wǎng)指標(biāo)不統(tǒng)一，出口電器廠商需要電源模擬不同國(guó)家的電網(wǎng)。證進(jìn)口電器、設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；滿足航空電子及軍事設(shè)備高頻的需求。本篇論文設(shè)計(jì)的變頻電源屬于單相正弦波交流電源。統(tǒng)設(shè)計(jì)包括主電路、控制電路和保護(hù)電路。論文首先介紹了變頻電源的發(fā)展情況；

　　

【正文】 保護(hù)電路如圖 410 所示。 第 4 章 系統(tǒng)變頻電路設(shè)計(jì) 29 圖 410 溫度保護(hù)電路 首先是電源部分， VCC 接 +5V， VBT 接 12V 鉛蓄電池； FANCTR 外接風(fēng)扇控制引腳， TFB 接熱敏電阻和分壓電阻 R18 以采集電壓，電壓的大小將反映出 NTC 電阻的大小從而得到相應(yīng)的溫度值。 NTC 選用 25℃對(duì)應(yīng)阻值 10K 的熱敏電阻， TFB 引腳的過溫電壓設(shè)定在 ，當(dāng)發(fā)生 過溫保 護(hù)時(shí) ， EG8010 根據(jù)引 腳 (9)PWMTYP 的設(shè) 置狀態(tài) 將輸出 SPWMOUT1～ SPWMOUT4 到“ 0”或“ 1”電平，關(guān)閉所有功率 MOSFET 使輸出電壓到低電平，一旦進(jìn)入過溫保護(hù)后， EG8010 將重新判斷工作溫度，如果 TFB引腳的電壓低于 ， EG8010 將退出過溫保護(hù)，逆變器正常工作。 FANCTR 外接風(fēng)扇控制引腳，當(dāng) TFB 引腳檢測(cè)到溫度高于 45℃時(shí)，輸出高電平“ 1”使風(fēng)扇運(yùn)行，運(yùn)行后溫度低于 40℃時(shí)，輸出低電平“ 0”使風(fēng)扇停止工作。電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 第 5章 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 微機(jī)控制系統(tǒng)中的 主要目的是輸出 0~5V 的電壓以控制 EG8010 的 16 引腳的調(diào)頻控制電路。輸出的電壓可通過溫度變化自動(dòng)輸出不同的電壓值，溫度越高輸出電壓頻率越高，通過不同的輸出電壓可調(diào)節(jié) EG8010 的頻率調(diào)節(jié)器，使之輸出不同的頻率。 硬件設(shè)計(jì) 微機(jī)控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)；溫度傳感器的設(shè)計(jì)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。下面是微機(jī)控制結(jié)構(gòu)原理圖和對(duì)各個(gè)部分做的簡(jiǎn)要分析。 微機(jī)控制結(jié)構(gòu)如圖 51 所示。 圖 51 微機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路和晶體振蕩器電路。單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中 出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。 單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振 Y1 也可以采用 6MHz或者 ，在正常工作的第 5 章 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 情況下可以采用更高頻率的晶振， 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 52 所示。 圖 52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 溫度傳感器的設(shè)計(jì) 溫度傳感器選擇 DS18B20，其主要特性是適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～， 在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位 (二進(jìn)制 )溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息，經(jīng)過單線接口送 入 DS18B20 或從 DS18B20 送出。溫度敏感器件 DS18B20 的測(cè)量范圍從55 到 +125 增量值為 可在 l s(典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。下面是溫度傳感器的設(shè)計(jì)原理圖和對(duì)溫度傳感器電路作的簡(jiǎn)要分析。 溫度傳感器電路如圖 53 所示。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 圖 53 溫度傳感器電路 溫度傳感器電路分析： DS18B20 共三個(gè)引腳， Vcc 接 +5V 電源， GND 接地， DQ 接 C51 單片機(jī)的 口。 Protues 仿真軟件可仿真此芯片，按下圖中的上下箭頭即可改變其溫度的大小。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，單片機(jī)可以采集到此信息，通過設(shè)置不同溫度的范圍輸出與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，就可以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換即可輸出相應(yīng)大小的電壓 (例如當(dāng)溫度為 32 度時(shí)，輸出電壓則為 )以達(dá)到變頻的效果。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 此次數(shù)模轉(zhuǎn)換器選擇 DAC0832，采樣頻率為 8 位的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片， 1 位可精確到 (5V/256)。此次電路選用直通方式，即 WR1， WR2， XFER， CS 均接地， ILE 接高電平，此方式適用于連續(xù)反饋控制線路。 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出，需輸出相應(yīng)的模擬電壓，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過 RFB 端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接。下面是電路設(shè)計(jì)的原理圖和對(duì)原理圖的簡(jiǎn)要分析。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路如圖 54 所示。 第 5 章 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 圖 54 數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路 數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路分析： 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸入端 D0~D7 分別接單片機(jī) P20~P27 口； WR WRXFER、 CS 均接地， ILE 接高電平；當(dāng)數(shù)據(jù)輸入端 D0~D7 全部 為“ 1”時(shí)，輸出 Iout1最大，當(dāng) D0~D7 全部為“ 0”時(shí)， Iout1 為零；而 P2 口輸出的數(shù)據(jù)，都是通過運(yùn)算放大器應(yīng)該輸出的電壓值而通過仿真測(cè)試得到的。 具體計(jì)算方法舉例：假設(shè)溫度傳感器采集到溫度為 32 度時(shí)，單片機(jī)控制引腳P2 口輸出數(shù)據(jù) 0xb2；此時(shí)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)據(jù)換算成二進(jìn)制 10110010，換算成十進(jìn)制數(shù)字為 178，由于反饋電壓為 ，電壓精度 =反饋電壓 /256=，及輸出電壓可計(jì)算 Vout=178*=，而 EG8010 頻率調(diào)節(jié)是與該頻率調(diào)節(jié)引腳的電壓成線性關(guān)系的 ，所以此時(shí)輸出電壓的頻率應(yīng)為 90HZ。 軟件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分組成： DS18B20 的初始化、寫數(shù)據(jù)到 DS18B讀數(shù)據(jù)、讀溫度、通過從 DS18B20 讀到的數(shù)據(jù)自動(dòng)控制 P2 口的數(shù)據(jù)輸出。 首先是初始化。包括調(diào)用頭文件 include、宏定義 define uchar unsigned char define uint unsigned int、 位定義 sbit DQ=P0^0 等。開始初始化，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，先定義一個(gè)返回值 n，拉高總線并產(chǎn)生延時(shí) 8us；然后釋放總線延時(shí)80 微秒 ,產(chǎn) 生復(fù)位脈沖；在拉高并延時(shí) 8us,對(duì)數(shù)據(jù)腳采樣 n=DQ。根據(jù) n 的值可知電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 DS1820 是否存在或損壞 ,可加聲音告警提示 DS1820 故障。 然后是寫數(shù)據(jù)到 DS18B20。定義函數(shù) void write_byte(uchar dat)采用 8 位循環(huán)移位處理，先拉低總線 ,產(chǎn)生寫信號(hào)；緊接著發(fā)送 1 位數(shù)據(jù) DQ=datamp。0x01 并產(chǎn)生延時(shí)；釋放總線 ,等待總線恢復(fù)；準(zhǔn)備下一位數(shù)據(jù)的傳送。 從 DS18B20 讀出數(shù)據(jù)。定義函數(shù) uchar read_byte(void)同樣采用 8 位循環(huán)移位處理，先拉低總線 ,產(chǎn)生讀信號(hào)；緊接著釋放總線 ,準(zhǔn) 備讀數(shù)據(jù)； if(DQ) value=value|0x80(從低位開始讀 )。延時(shí)；返回讀到的數(shù)據(jù)。 讀溫度。定義函數(shù) uchar readtemperature(void)，首先是初始化 DS18B20。跳過ROM 寫數(shù)據(jù) 0xcc； 啟動(dòng)溫度測(cè)量 寫數(shù)據(jù) 0x44；延時(shí) 300us。初始化 DS18B20。跳過ROM 寫數(shù)據(jù) 0xcc； 讀 DS1820 溫度暫存器命令 寫數(shù)據(jù) 0xbe；然后讀數(shù)據(jù)；最后采集溫度。 通過從 DS18B20 讀到的數(shù)據(jù)自動(dòng)控制 P2 口的數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)讀到溫度小于 10度時(shí)， P2 口輸出 0x00；當(dāng) 讀到溫度在 10~19 度 時(shí)， P2 口輸出 0x28；當(dāng) 讀到溫度在 20~21 度時(shí)， P2 口輸出 0x3b；當(dāng) 讀到溫度在 22~23 度時(shí)， P2口輸出 0x4f；當(dāng)讀到溫度在 24~25 度時(shí)， P2 口輸出 0x63；當(dāng) 讀到溫度在 26~27 度時(shí)， P2 口輸出0x77；當(dāng) 讀到溫度在 28~29 度時(shí)， P2 口輸出 0x8b；當(dāng) 讀到溫度在 30~31 度時(shí)， P2口輸出 0x9e；當(dāng) 讀到溫度在 32~33 度時(shí)， P2 口輸出 0xb2；當(dāng) 讀到溫度在 34~35度時(shí)， P2 口輸出 0xc5。由于反饋電壓不同所以輸出 P2=0xc5 與 0xff 電壓近似相同。 軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用集成開發(fā)環(huán)境 keil uvision 4，詳細(xì)代碼見附錄 1。 微機(jī)控制系統(tǒng)仿真與調(diào)試 運(yùn)行狀態(tài)分析如下： 當(dāng)單機(jī)片檢測(cè)傳感器溫度在 9℃ 以下，停機(jī)不輸出； 當(dāng)溫度在 10~19℃時(shí) ，輸出 1V/20HZ； 當(dāng)溫度在 20~21℃時(shí) ，輸出 ； 當(dāng)溫度在 22~23℃時(shí) ，輸出 2V/40HZ； 當(dāng)溫度在 24~25℃時(shí) ，輸出 ； 第 5 章 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35 當(dāng)溫度在 26~27℃時(shí) ，輸出 3V/60HZ； 當(dāng)溫度在 28~29℃時(shí) ，輸出 ； 當(dāng)溫度在 30~31℃時(shí) ，輸出 4V/80HZ； 當(dāng)溫度在 32~33℃時(shí) ，輸出 ； 當(dāng) 溫度在 34~35℃時(shí) ，輸出 5V/100HZ。 微機(jī)控制仿真結(jié)果驗(yàn)證： 系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖 55 所示。 圖 55 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖 當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到 DS18B20 溫度為 25 度時(shí)輸出電壓為 ，輸出頻率為50HZ。 變頻電源波形輸出如圖 56 所示。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 36 圖 56 變頻電源輸出波形 通過驗(yàn)證，以上理論基本得以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)正常工作時(shí)，能夠自動(dòng)實(shí)施反饋到變頻控制系統(tǒng)當(dāng)中。當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)反饋電壓為 時(shí)，變頻電源輸出頻率為50HZ，基本符合電源設(shè)計(jì)的規(guī)律。但在實(shí)際生產(chǎn)中變頻電源的變頻范圍一般在40~400HZ，故本設(shè)計(jì)中的最小 20HZ 在實(shí)際應(yīng)用中可以略加修改，使得更加符合客觀規(guī)律。 致謝 37 致謝 首先我要感謝學(xué)校給予我的培養(yǎng)，讓我能夠順利完成我的學(xué)業(yè)以及我的畢業(yè)論文。 本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師蔣世奇老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，蔣老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。數(shù)月時(shí)間以來，蔣老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向蔣老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 在此，我還要感謝在一起度過愉 快的大學(xué)生活的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我的好友黃威，他對(duì)本課題做了不少工作，給予我不少的幫助。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意 ! 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 參考文獻(xiàn) [1]沈顯慶 .開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì) .東南大學(xué)出版社 ,2020121 [2]張慶達(dá) .變頻電源裝置及應(yīng)用手冊(cè) .中國(guó)電力出版社 ,202071 [3]王廷才 .變頻器原理及應(yīng)用 (第 2 版 ).機(jī)械工業(yè)出版社 ,202061 [4]徐海 ,施利春 .變頻器原理及應(yīng)用 .清華大學(xué)出版社 ,202091 [5]肖朋生 .變頻器及其控制技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,202031 [6]高鳳友 .無(wú)源逆變電源的原理與應(yīng)用 .化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020111 [7]王兆安 .電力電子技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,20205 [8]純正弦波逆變器專用芯片 .EG8010 SPWM 芯片數(shù)據(jù)手冊(cè) [9] 功率驅(qū)動(dòng)模塊數(shù)據(jù)手冊(cè) ,20200625 [10]普利斯曼 ,莫瑞 .開關(guān)電源設(shè)計(jì) (第三版 ).電子工業(yè)出版社 ,202061 [11]布朗 .開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南 (第 2 版 ).機(jī)械工業(yè)出版社 ,202051 [12]周志敏 ,周紀(jì)海 ,紀(jì)愛華 .逆變電源實(shí)用技術(shù) .中國(guó)電力出版社 ,202031附錄 39 附錄 附錄一：軟件代碼 include/*宏定義 */ define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit DQ=P0^0。/*位定義 */ uchar temp。/*定義全局變量 */ /*函數(shù)申明 */ void init_ds18b20(void)。 void write_byte(uchar dat)。 uchar read_byte(void)。 uchar readtemperature(void)。 void delay(uint t) { while(t)。 } /*主函數(shù) */ void main() { while(1) { temp=readtemperature()。 /*EG8010 輸出頻率可在在 0~100HZ 變化 ,1HZ=5V/100hz。此次我們假設(shè)輸出頻率在20~100HZ*/ if(temp10) //停機(jī)；輸出 0V/0HZ P2=0x00。 if(temp=10amp。temp=19) P2=0x28。 //慢速；輸出 1V/20HZ else if(temp=20amp。temp=21) P2=0x3b。 // else if(temp=22amp。temp=23) P2=0x4f。 /