【正文】 該端向驅(qū)動(dòng)電路及其相關(guān)偏執(zhí)電路供XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 電。 輸出高電平信號(hào)與該端電壓之差的典型值為 。該端與 PWR GND 之間應(yīng)接低 ESR 和低 ESL的旁路電容。 Ui(引腳 10):控制器偏置電源輸入端。該端主要向控制器內(nèi)部的邏輯電路和模擬電路供電。偏置電壓應(yīng)在 12V 以上。為了保證控制器可靠工作，只有在 Ui 上的電壓超過(guò)欠電壓鎖定上限闡值時(shí)，控制器才開(kāi)始工作。該端與 GND之間應(yīng)接低 ESR和低 ESL的旁路電容。 PWR GND(引腳 11):功率地。該端與 Uc(引腳 9)之間接陶瓷旁路電容。為抑制噪聲，并最代限度 地減小直流電壓的跌落，功率地與信號(hào)地應(yīng)單點(diǎn)相連。 CT(引腳 14):振蕩器頻率設(shè)置端。線(xiàn)性占空比取值范圍的上限值由定時(shí)電阻 RT 決定。定時(shí)電容 CT應(yīng)采用低 ESL和低 ESR的高品質(zhì)瓷片電容，其最小取值為 200uF。 UVSEL(引腳 16):欠電壓鎖定闡值設(shè)置端。當(dāng)該端與 Ui(引腳 10)相連時(shí)，欠電壓鎖定閩值電壓為 ，滯回電壓為 。當(dāng)該端懸空一時(shí)，欠電壓鎖定閩值電壓為，滯回電壓為 。 CLKSYNC(引腳 17):時(shí)鐘信號(hào)輸出端及同步信號(hào)輸入端。該端是雙向的，作為輸出端時(shí)，該端可以 輸出時(shí)鐘信號(hào)。作為輸入端時(shí)，該端可以輸入外部同步信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)多只控制器同步工作。外部同步信號(hào)的頻率應(yīng)高于控制器的振蕩頻率。當(dāng)多只控制器通過(guò)CLKSYNC相連時(shí)，將自動(dòng)和振蕩頻率最高的控制器同步。另外，為提高該端驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的能力，可以增加接地電阻。 Rr(引腳 18):時(shí)鐘信號(hào) /同步信號(hào)占空比設(shè)置端。 UC3879 的振蕩器產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波的上升沿由定時(shí)電阻 Rr和定時(shí)電容 Rc組成的定時(shí)網(wǎng)絡(luò)決定。在鋸齒波上升沿過(guò)程中，調(diào)節(jié)器對(duì)占空比進(jìn)行線(xiàn)性控制。當(dāng) COMP(引腳 2)上的電壓超過(guò)振蕩器的峰值電壓時(shí)，占空比將躍升為 100%， RT的取值范圍應(yīng)在 。 RAMP(引腳 19):斜坡電壓信號(hào)輸入端。該端為 PWM 比較器的輸入端，將其與 CT(引腳 14)相連可實(shí)現(xiàn)電壓模式控制。要實(shí)現(xiàn)電流模式控制，該端需與 CS(引腳 4)及電流檢測(cè)互感器相連。由 CT 向該端輸入一定的斜坡電壓信號(hào)可實(shí)現(xiàn)斜率補(bǔ)償。 GND(引腳 20):信號(hào)地。布線(xiàn)時(shí)，定時(shí)電容、 Uref和 Ui的旁路電容都應(yīng)盡可能安排在該端旁邊。 在本課題中， UC3879 的外圍電路設(shè)計(jì)圖如圖 所示。在圖 中，由UC3879組成的移相控制電路輸出四路 PWM信號(hào) A、 B、 C、 D， A、 B 控制一個(gè)橋臂， C、 DXXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 控制另一個(gè)橋臂， AB 之間的死區(qū)時(shí)間由 R7決定， CD之間的移相角受誤差電壓比較器控制，移相角可在 0180 度之間。如我們前面介紹的，為更好更安全地利用 IGBT，采取了使用專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片 EXB841驅(qū)動(dòng) IGBT的方法。在圖中，移相控制輸出 PWM信號(hào) A、B、 c、 D分別直接接到每個(gè) EXB841上，再由每個(gè) EXB841驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的 IGBT。此處涉及到電源隔離的問(wèn)題。每個(gè) EXB841需要 20V驅(qū)動(dòng)電壓，因?yàn)槿珮蛘麟娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因，使得四個(gè) EXB841至少需要 3個(gè)相互 隔離的 20V 電源。下面具體講一下各個(gè)參數(shù)的設(shè)置。 RT腳和 CT腳的設(shè)定決定開(kāi)關(guān)頻率的大小。在圖 ， RC9決定此變量。在本充電系統(tǒng)中欲設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)頻率為 30kHZ的開(kāi)關(guān)電源，取 C9=4700pF， R9=25K，則滿(mǎn)足 f=30KHz。 UC3879 的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)和零電壓開(kāi)關(guān)的延遲時(shí)間由延遲設(shè)定端子 (DELAYSETAB， DELAY SETCD)的 R C7 和 RS、 CS 確定?？煞謩e對(duì) A、 B 和 C、 D 兩對(duì)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行編程。因?yàn)樵撘葡嚯娐房刂?IGBT 功率開(kāi)關(guān)全橋 逆變電路，所以延時(shí)時(shí)間一般設(shè)置為 23腳，取 R RS為 100K可滿(mǎn)足要求。 PWM寬度的設(shè)置移相 PWM的相移控制是通過(guò)誤差放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在 UC3879中，誤差放大器的同相端與控制其內(nèi)部的 基準(zhǔn)電壓相連 。反相端 與電源輸出端經(jīng)光禍隔離后的反饋輸出相連，兩者相比較，差值經(jīng)放大輸出，送至移相脈寬控制器，控制 A、 B與 C、 D之間的相位，最終調(diào)整波形占空比。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 UC3879 的外圍電路圖 UC3879 各個(gè)管腳的限制要求，設(shè) 計(jì)其它參數(shù)如下 :C1=1uF， C2=47uF/25V， C3=270pf/16V， C4=1uf， C7=， CS=， C5=，R1=200K， R2=2K， R3=3K， R5=150K。 ，開(kāi)關(guān)電源應(yīng)工作在額定輸出功率范圍之內(nèi)，避免電源工作在超出正常輸出狀態(tài)，但在實(shí)際工作中是很難預(yù)測(cè)的。在本電路的設(shè)計(jì)中，將高頻脈沖變壓器輸出的電流經(jīng)電路互感器耦合輸出，再經(jīng)過(guò)整流、濾波及分壓后，送至 UC3879的電流控制端，與比較器的同相端電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸入電壓高于 時(shí)， UC3879的過(guò)流保護(hù)電路將開(kāi)始工作。 UC3879輸出電路采用圖騰柱式輸出，最大電流可達(dá) 2A，并可直接驅(qū)動(dòng)功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管。 該充電系統(tǒng)的控制回路框圖如圖 : XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 充電機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖 它主要由以下幾個(gè)部分組成 :80C196KB單片機(jī)最小系統(tǒng)、模擬量檢測(cè)電路、鍵盤(pán)電路、顯示電路、執(zhí)行電路。下面就詳細(xì)介紹這幾部分電路的原理及功能。 80Cl96KB 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 該單元是控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，由 80C196KB 單片機(jī)、程序存儲(chǔ)器 276地址鎖存器 74HCT57地址譯碼器 74LS13 12MHZ晶體振蕩器、上電復(fù)位電路等組成。電路原理圖如圖 。 80C196KB單片機(jī)是一種片內(nèi)不帶 ROM的 16位單片機(jī)，它特別適用于各類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、侍服系統(tǒng)、變頻調(diào)速電機(jī)控制系統(tǒng)等 。還適用于一般的信號(hào)處理系統(tǒng)和高級(jí)智能儀器，以及高性能的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備控制器和辦公自動(dòng)化設(shè)備 控制器等。這些系統(tǒng)均要求實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)處理。 80C196KB單片機(jī)和 MCS51系列單片機(jī)相比，至少在以下方面提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性 : ，而改用寄存器到寄存器結(jié)構(gòu) 。CPU的操作直接面向 256 字節(jié)的寄存器，消除了一般 CPU結(jié)構(gòu)中存在的累加器的“瓶頸”效應(yīng)，提高了其操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。 ， 24字節(jié)是專(zhuān)用寄存器，其余 232字節(jié)均為通用寄存器。其通用寄存器的數(shù)量遠(yuǎn)比一般 CPU的寄存器數(shù)量多，這樣就有可能為中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專(zhuān)門(mén)的寄存器，免除了中斷服務(wù)過(guò)程中保護(hù)寄存器現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場(chǎng) 所支付的軟件開(kāi)銷(xiāo)，大大方便了程序設(shè)計(jì)。 鍵盤(pán)帶路 模擬檢測(cè)電路 顯示電路 執(zhí)行電路 80C196KB最小系統(tǒng) XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 80C196KB 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖 、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)，可以對(duì)帶符號(hào)數(shù)和不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 操作 。16 乘 16 位指令的執(zhí)行時(shí)間為 。32 位除 16 位指令的執(zhí)行時(shí)間為。還有符號(hào)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)規(guī)格化等指令。 模擬量檢測(cè)電路用于檢測(cè)充電電源輸出電壓、充電電源輸出電流、電池組充電電壓、電池組充電電流和環(huán)境溫度等。因 80C196KB 單片機(jī)只有 4 個(gè)模擬量輸入通道，我們 通過(guò)模擬開(kāi)關(guān) (74HCT4053)實(shí)現(xiàn)充電機(jī)輸出電流和環(huán)境溫度之間的切換。需要說(shuō)明的是，充電電源到電池組之間有一個(gè)二極管，因此充電電源輸出電壓和電池組電壓并非總是相等，而充電電源在為蓄電池充電的同時(shí)，還要為一些經(jīng)常性負(fù)載供電，所以，充電電源輸出電流和電池組充電電流也并非總是相等。電壓、電流的檢測(cè)分別選用北京萊姆公司生產(chǎn)的 CHV25型電壓傳感器和 LA50p型電流傳感器。溫度的檢測(cè)，采用 AD590型集成溫度傳感器，測(cè)量簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。 該控制系統(tǒng)設(shè)有 4個(gè)輸入鍵，分別為主充鍵、浮充鍵、均充鍵 和報(bào)警屏蔽鍵。前 3個(gè)鍵用來(lái)進(jìn)行充電方式的手動(dòng)改變，故障屏蔽鍵用來(lái)屏蔽本次故障報(bào)警 (當(dāng)操作維護(hù)人員己經(jīng)知道故障發(fā)生，但還沒(méi)排除故障時(shí)使用 )。為提高抗干擾能力，鍵盤(pán)部分要加電容濾波，該 4個(gè)鍵通過(guò) 80C196KB單片機(jī)的高速輸入口 ， ， ， 入 CPU。另外，通過(guò) 口接高電平或低電平，使 CPU 選擇常用充電方式或電力部規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的 GZDW 充電規(guī)律。常用充電方式為電池制造廠家提供的，人們所普遍采用的從主充電、均充電到浮充電的充電方式。而 GZDW 充電方式和常用充電方式的區(qū)別是，每隔 3個(gè)月要重復(fù) 1 次從主充電、均充電到浮充電的全過(guò)程。鍵盤(pán)采用檢測(cè)法編程，每檢測(cè)一次延時(shí) 10ms，延時(shí)采用對(duì)主程序自然周期計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)，以提高程序運(yùn)行效率，連續(xù) 3次檢測(cè)到某鍵被按下，才執(zhí)行該鍵處理程序。 顯示電路由以下幾部分組成 :充電電壓、充電電流數(shù)值顯示電路 。充電方式指示電路 。過(guò)電壓、過(guò)電流、交流電源失電等故障指示電路。充電方式指示電路和過(guò)電壓、過(guò)電流、交流電源失電等故障指示電路分別使用 、 、 HSQ3和 、 、 出口，后經(jīng) 74LS06 緩沖，驅(qū)動(dòng) 發(fā)光二極管進(jìn)行狀態(tài)和故障指示。數(shù)值顯示共有 8 個(gè)數(shù)碼管單元，組成 2組 3位半數(shù)值顯示器，由地址譯碼器 74LS13反相器 74150數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器 741L24鎖存器 74HCF573和數(shù)碼管專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)電路 7549大尺寸共陽(yáng)極數(shù)碼管 LA235141等組成。地址譯碼器 74LS138 的 3腳分別接低位地址線(xiàn) A0、 AXXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 A2， 4 腳接 CPU 的寫(xiě)信號(hào)線(xiàn) WRITE， 5 腳接 80C196KB 單片機(jī)最小系統(tǒng)中 D4 的 11 腳， 6腳接高電平， 1 1 1 1 15為譯碼器輸出，經(jīng)反相器 74LS04以 作為數(shù)碼管顯示的位選線(xiàn)，接 74HCT573的 11腳。數(shù)值顯示采用靜態(tài)顯示，先將數(shù)據(jù)線(xiàn)用 2片 74LS245 緩沖，再分別驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)鎖存器 74HCT573， 74HCF573 的輸出經(jīng)過(guò) 75492 放大后，驅(qū)動(dòng)大尺寸共陽(yáng)極數(shù)碼管 LA23511。根據(jù)上述接法， 8個(gè)數(shù)碼管的地址分別為 8000H到 8007H。 該控制系統(tǒng)的執(zhí)行電路非常簡(jiǎn)單，其控制任務(wù)有 2個(gè) : :根據(jù)充電方式需要、電池容量狀態(tài)、操作命令等，分別進(jìn)行主充電、均充電和浮充電。主充電為恒壓限流充電，實(shí)現(xiàn)辦法是通過(guò) 輸出主充 電流的給定值，從 ，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān) 74HCT4053的 10腳，將反饋信號(hào)切換為電池組充電電流。浮充電為恒壓充電，須從 輸出浮充電壓給定值，從 輸出低電平，以實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)。均充電為恒壓充電，此時(shí)從 ， 為低電平，電壓閉環(huán)。 :用 PL3 輸出報(bào)警信號(hào)，經(jīng) 74LS06 緩沖，晶體管 9013 放大后，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行聲音報(bào)警輸出。 過(guò)流保護(hù)是很重要的一個(gè)部分，可以想象，如果功率變換器逆變失敗，會(huì)造成變換器 橋臂短路，開(kāi)關(guān)管因瞬間流過(guò)大電流而燒毀。對(duì)系統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)采取了以下幾個(gè)方法進(jìn)行綜合保護(hù)。 在變換器前直流側(cè)采用霍爾傳感器進(jìn)行檢測(cè)，如圖 。霍爾傳感器通過(guò)外接取樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓輸出信號(hào)，此信號(hào)一方面直接加到 UC3879 的過(guò)流保護(hù)腳 (4腳 )，另一方面通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換送入 CPU。當(dāng)變換器橋臂因逆變失敗造成短路時(shí)，瞬間增大的電流會(huì)在逆變橋輸入直流側(cè)表現(xiàn)出來(lái)，此時(shí)霍爾傳感器檢測(cè)輸出電壓信號(hào)送入U(xiǎn)C3879 的 4 腳，與基準(zhǔn) 比較，若 4 腳電壓超過(guò) 5V 時(shí)，輸出脈沖被立即封鎖，由此達(dá)到快速過(guò)流保護(hù)的目的。另 外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況造成故障時(shí)，可由霍爾傳感器采樣后送入 CPU，當(dāng)電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，可由程序控制 UC3879 的移相控制角，達(dá)到封鎖輸出脈沖的目的。 在驅(qū)動(dòng)模塊 EXB841 的 6腳接快恢復(fù)二極管，用以檢測(cè) IGBT集電極電位變化來(lái)識(shí)別XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 是否過(guò)流，如過(guò)流就快速關(guān)斷 IGBT。同時(shí) EXB841 的 5腳把過(guò)流信號(hào)經(jīng)光禍送到 UC3879的 4腳，當(dāng)該腳電壓超過(guò) ，封鎖移相控制脈沖的輸出，達(dá)到保護(hù) IGBT的目的。 圖 霍爾傳感器檢測(cè)電路 軟啟動(dòng)保護(hù)是指在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)工作時(shí)，要保 證系統(tǒng)的輸出電壓由最小電壓開(kāi)始逐漸加大到正常電壓，以達(dá)到系統(tǒng)保護(hù)的目的。在程序中作如下設(shè)計(jì) :每次開(kāi)機(jī)時(shí)，移相控制角設(shè)置為 0，然后根據(jù)實(shí)際情況逐漸加大 。每次關(guān)機(jī)時(shí)，由程序控制將移相控制角設(shè)置為 0再關(guān)機(jī)。這些措施確保系統(tǒng)的軟啟動(dòng)腳。 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，軟件程序包括主程序以及中斷子程序、去極化子程序等。整個(gè)充電系統(tǒng)的主程序框圖如圖 。 XXX大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 充 電系統(tǒng)的主程序框圖 開(kāi)機(jī)后進(jìn)行系統(tǒng)初始化、并允許實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷、通用定時(shí)器 1中斷，然后開(kāi)總中斷。 若實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)時(shí)間到，則執(zhí)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序，采集鉛酸蓄電池的端電壓、溫度和充電電流值，與蓄電池的參數(shù)進(jìn)行比較，判斷應(yīng)采用的充電模式，若通用定時(shí)