【正文】 32設(shè)置OUTA和OUTB的死區(qū)時間，R28和C30設(shè)置鋸齒波的斜率和幅值，設(shè)置C45軟啟動的時間。R31和C41跨接在誤差放大器的反向輸入端和輸出端作為補償網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成比例積（PI）調(diào)節(jié)器。圖54 UC3875組成的PWM控制電路圖（1）開關(guān)頻率設(shè)定將變換器的開關(guān)頻率設(shè)置為80kHz，則振蕩器的頻率160kHz。根據(jù)： （517）取，可求得（分別是圖54中的R23和C31）（2）死區(qū)時間設(shè)定由于主電路開關(guān)管為MOSFET，將開關(guān)變換器的死區(qū)時間設(shè)置為2μs，死區(qū)設(shè)置電阻決定死區(qū)時間。由UC3875芯片資料可知：延遲時間： （518）延時電流： （519）式（519）中一般??； 。所以可求得R25和R32值都是100千歐姆。（3）鋸齒波的設(shè)定開關(guān)頻率是80KHz，每個周期產(chǎn)生兩次移相，所以（圖54中的C30）的充電時間是，又Up=5V，根據(jù)： （520）?。▓D54中的R28），得。移相式PWM控制器能較好地克服傳統(tǒng)PWM技術(shù)的缺點它通過移相，使全橋的四個開關(guān)輪流導(dǎo)通。在同一橋臂的兩個開關(guān)管輪流導(dǎo)通過程中，通過變壓器的漏感與開關(guān)管的輸出寄生電容組成諧振腔使電容上的電壓以最快的速度放電，保證開關(guān)管處于零電壓開關(guān)狀態(tài)（ZVS），從而避免了開關(guān)工作過程中電壓電流的重疊。在移相全橋開關(guān)電路中，驅(qū)動信號不僅要驅(qū)動橋的兩個對角臂，而且還要使兩個對角橋臂的導(dǎo)通有一定的時間延時，有效占空比由圖55所示的延遲時間控制。由于兩個橋臂的開關(guān)元件不是同時被驅(qū)動的，所以需要精確設(shè)置“移相”導(dǎo)通波形之間的延遲時間間隔，延遲時間間隔由諧振腔控制電路的電壓回路進行調(diào)節(jié)，最終充當(dāng)兩個驅(qū)動信號的移相信號。此時串聯(lián)在變壓器的上半橋或下半橋中的兩個開關(guān)管均處于導(dǎo)通狀態(tài)，而變壓器在開關(guān)管導(dǎo)通時刻的電壓為零，即變壓器的初級處于短接狀態(tài)，并箝位初級電流保持原值。當(dāng)半橋中的一個開關(guān)器件經(jīng)適當(dāng)?shù)难舆t時間后關(guān)斷時，變壓器初級電流又流過該開關(guān)管的輸出寄生電容，從而與開關(guān)管的漏極電壓諧振且與電壓反相，使對角臂開關(guān)上的電壓為零，從而保證了零電壓開關(guān)工作狀態(tài)。圖55 移相全橋PWM控制電路的理論波形圖圖56是MOSFET驅(qū)動電路原理[13]。橋臂兩只開關(guān)管由一個脈沖變壓器控制，變壓器有3個繞組，兩個次級繞組分別驅(qū)動上下兩只開關(guān)管。變換器的PWM控制芯片采用UC3875，它提供了四路圖騰柱輸出方式的驅(qū)動信號，輸出電流峰值為2A。對于該課題所采用的功率器件和脈沖變壓器而言，UC3875與主電路進行隔離，以免造成干擾，本設(shè)計采用變壓器隔離，如圖56所示。圖56 開關(guān)管驅(qū)動電路圖為了得到穩(wěn)定的電流，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導(dǎo)通的時間。其結(jié)構(gòu)如下圖57 所示。圖57 輸出濾波電路圖濾波電感取值 變壓器二次側(cè)最大電壓幅值： （521）最大脈動電流時的對于全波整流： （522），濾波電感器Lf的電流在臨界電流狀態(tài)，也就是說的脈動量。最小電感： （523）濾波電容取值，指定紋波電壓限值，需要的電容值為： （524）輸出整流二極管選擇本電源的頻率為80KHz，輸出整流二極管選用快速恢復(fù)二極管。變壓器副邊是全波整流電路，加在整流管上的反向電壓為： （525）二極管開通和關(guān)斷時有一定的電壓振蕩，考慮2倍余量。型號是HFA15TB60的基本符合要求。第6章 輔助及保護電路設(shè)計本系統(tǒng)中需要的輔助電源有：運算放大器工作需要的177。15V電源；移相全橋變換器控制電路的+15V工作電源；單片機、AD芯片和液晶的+5V工作電源。所以設(shè)計一個177。15V及+5V的穩(wěn)壓電源，電路圖如圖61所示。首先，通過變壓器給電路的A、B兩端輸入14V的交流電壓。然后通過整流濾波后得到直流電壓，分別接在7815和7915的2腳和3腳之間，即輸入端和公共端之間。這樣，在輸出端即可得到穩(wěn)定的177。15V輸出電壓了。為了改善紋波電壓，在輸入端接電容CC9。為改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，在輸出端接電容C1和C7。在輸入端和輸出端跨接一個保護二極管DD1，其作用是當(dāng)輸入端短路時，使CC7分別通過DD3放電，以便保護集成穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管。最后，在穩(wěn)壓電源輸出端加一個發(fā)光二極管，當(dāng)有輸出電壓時，二極管提示正常工作。并且加入一個保護電阻R1。再15V輸出后接上7805，和上述一樣原理可以得到+5V輸出。圖61 輔助電源電路圖目前，雖然功率開關(guān)器件經(jīng)過長期的發(fā)展，性能有了很大的提升，容量提高很大，承受過電壓、過電流能力得到提高。但是對于開關(guān)器件的過載保護還是必須的。這就要求在出現(xiàn)異常情況（過流、過載、過壓、欠壓）時，系統(tǒng)能夠采取保護。本系統(tǒng)設(shè)計了輸入過壓、輸出過壓保護、開關(guān)管過流保護、溫度保護電路。四種保護都是通過一個或門UC3875的電流檢測端C/S+（5腳），導(dǎo)致UC3875關(guān)斷輸出。輸入、輸出電流分別取自串聯(lián)在輸入、輸出回路中的分流器上的信號（0～75mV）。（1）光耦的選擇為了保證電路的可靠工作，控制電路必須和主回路隔離，因此來自主回路的電壓、電流反饋信號必須經(jīng)過光耦隔離。本設(shè)計中選擇TLP521系列，其參數(shù)如下：隔離電壓：2500V。驅(qū)動電流最大為50mA，三極管最大集射極電壓為55V，最大集射極電流為50mA，電流放大倍數(shù)最小為15。上升時間為10uS，在開關(guān)頻率低于100kHz時，其性能滿足要求。（2）輸入過壓保護輸入電壓經(jīng)過分壓后送到比較器的同相端，比較器的另一端接給定電壓。當(dāng)出現(xiàn)故障時，檢測信號電壓大于給定電壓，輸出高電平使UC3875封鎖脈沖輸出來關(guān)斷主電路的開關(guān)管。注意因為輸入、輸出電壓必須隔離，則輸入過欠壓電路的檢測電路必須用另外一種電源供電，而且輸出保護信號由光耦隔離后送給封鎖端。同時電路中有各自的發(fā)光二極管來顯示各種電路故障。輸入過壓保護電路如圖62所示。其中，R62是限流電阻，其取值要保證輸入電流不超過光耦的最大驅(qū)動電流。R50和R24用來整定過壓保護值。LED是保護動作指示燈。D16是止逆二極管，防止別的保護動作時，指示燈誤動作。其工作原理如下：運放工作在非線性區(qū)，當(dāng)比較器使用。當(dāng)輸入電壓高于整定值時，運放輸出高電平（+15V），過壓保護動作；否則，運放輸出低電平（0V），保護不動作。由于電壓反饋信號是一個有正負極性的高頻脈沖信號，因此加了一個二極管和RC吸收電路，以提高過壓保護的精確性。圖62 輸入過壓保護電路圖（3） 輸出過壓保護如圖63所示。其原理與輸入過壓保護相同。圖63輸出過壓保護電路圖（4）過流保護電路電流互感器具有能耗小、頻帶寬、信號還原性好、價格便宜、控制和主功率電路隔離等諸多優(yōu)點。在PushPull、Bridge等雙端變換器中，功率變壓器原邊流過正負對稱的雙極性電流脈沖，沒有直流分量，電流互感器可以得到很好的應(yīng)用。為了保護高頻變壓器免受過流燒毀的危險，設(shè)計過流保護電路，如圖64所示。利用電流互感器TH引檢測變壓器的原邊的電流，經(jīng)過整流電路將電流信號整流后，由整流電路引到UC3875的電流檢測端C/S+[13]。當(dāng)原邊電流過流時，UC3875的輸出全部關(guān)斷，切斷送給各個開關(guān)管的驅(qū)動脈沖。圖64 過流保護電路圖（5）溫度保護電路功率器件過熱時，性能降低，使用壽命縮短，嚴重時器件將損壞。因此有必要設(shè)置基于硬件的溫度保護電路，以確保系統(tǒng)的安全運行。本設(shè)計采用兩個溫控開關(guān)，分兩級對功率器件進行熱保護。使用時把溫控開關(guān)和功率器件一起安裝在散熱片上。其中一個溫控開關(guān)選用40℃常開開關(guān)，串聯(lián)在風(fēng)扇供電線路中。當(dāng)散熱片溫度高于40℃，溫控開關(guān)閉合，起動風(fēng)扇散熱。另一個為80℃常開開關(guān)，使用方法如圖65所示。當(dāng)散熱片溫度上升到警戒值時，溫控開關(guān)閉合，三極管截止，LED指示燈亮，顯示報警C為高電平，UC3875的C/S+， UC3875關(guān)斷驅(qū)動輸出，導(dǎo)致功率管全部關(guān)斷。 圖65 溫度保護電路圖第7章 顯示、監(jiān)控模塊設(shè)計本設(shè)計中的顯示、監(jiān)控模塊用12位AD芯片－TLC2543來將模擬電壓、電流信號傳化成數(shù)字信號，傳給AT89C52進行處理。用1602液晶來實時顯示輸出電壓、電流。 AD芯片TLC2543介紹TLC2543是12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機I/O資源，且價格適中。其特點有： 兼容MCS51指令系統(tǒng) 8K可反復(fù)擦寫（大于100000次）Flash ROM32個雙向I/O口 256x8bit內(nèi)部RAM 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 時鐘頻率024MHz 2個串行中斷，可編程UART串行通道 2個外部中斷源，共8個中斷源 2個讀寫中斷口線，3級加密位 低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能（1）TLC2543的使用方法控制字的格式控制字為從DATAINPUT端串行輸入的8位數(shù)據(jù)，它規(guī)定了TLC2543要轉(zhuǎn)換的模擬量通道、轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)長度、輸出數(shù)據(jù)的格式。高4位（D7～D4）決定通道號，對于0通道至10通道，該4位分別為0000～1010H，當(dāng)為1011～1101時，用于對TLC2543的自檢，分別測試（VREF+＋VREF）/VREF、VREF+的值，當(dāng)為1110時，TLC2543進入休眠狀態(tài)。低4位決定輸出數(shù)據(jù)長度及格式，DD2決定輸出數(shù)據(jù)長度，01表示輸出數(shù)據(jù)長度為8位，11表示輸出數(shù)據(jù)長度為16位，其他為12位。D1決定輸出數(shù)據(jù)是高位先送出，還是低位先送出，為0表示高位先送出。D0決定輸出數(shù)據(jù)是單極性（二進制），還是雙極性（2的補碼），若為單極性，該位為0，反之為1。轉(zhuǎn)換過程上電后，片選CS必須從高到低，才能開始一次工作周期，此時EOC為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機的。開始時，CS片選為高，I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT 呈高阻狀，EOC為高。使CS變低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能，DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。12個時鐘信號從I/OCLOCK端依次加入，隨著時鐘信號的加入，控制字從DATAINPUT一位一位地在時鐘信號的上升沿時被送入TLC2543（高位先送入），同時上一周期轉(zhuǎn)換的A/D數(shù)據(jù)，即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從DATAOUT一位一位地移出（下降沿）。（在CS=0時輸出第一位，其他的在下降沿輸出）（2）TLC2543的簡要工作過程 TLC2543的工作過程分為兩個周期：I/O周期和轉(zhuǎn)換周期。 I/O周期 I/O周期由外部提供的I/O CLOCK定義，延續(xù)12或16個時鐘周期，決定于選定的輸出數(shù)據(jù)長度。器件進入I/O周期后同時進行兩種操作。在I/O CLOCK的前8個脈沖的上升沿，以MSB前導(dǎo)方式從DATA INPUT端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。其中前4位為模擬通道地址，控制14通道模擬多路器從11個模擬輸入和三個內(nèi)部測電壓中選通一路送到采樣保持電路，該電路從第4個I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對所選信號進行采樣，直到最后一個I/O CLOCK脈沖的下降沿。I/O周期的時鐘脈沖個數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度（位數(shù)）同時由輸入數(shù)據(jù)的DD2位選擇為12或16。當(dāng)工作于12或16位時，在前8個時鐘脈沖之后，DATA INPUT無效。在DATA OUT端串行輸出12或16位數(shù)據(jù)。當(dāng)CS保持為低時，第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿。若轉(zhuǎn)換由CS控制，則第一個輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在CS的下降沿。這個數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第一個輸出數(shù)據(jù)位之后的每個后續(xù)位均由后續(xù)的I/O時鐘下降沿輸出。 轉(zhuǎn)換周期 在I/O周期的最后一個I/O CLOCK下降沿之后，EOC變低，采樣值保持不變，轉(zhuǎn)換周期開始，片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對采樣值進行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換，其工作由與I/O CLOCK同步的內(nèi)部時鐘控制。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個I/O周期輸出。I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進行，從而可減小外部的數(shù)字噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。由于TLC2543只識別電壓采樣信號，所以要將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。再因為TLC2543的電壓采樣范圍是0～5V，而本設(shè)計的開關(guān)電源的最大電流是10A，所以得將轉(zhuǎn)換后的電壓降到一半。同樣電壓最大為48V，所以也得降4倍。AT89C52[12]是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。其主要功能特性有以下幾點：兼容MCS51指令系統(tǒng) 8K可反復(fù)擦寫（大于100000次）Flash ROM 32個雙向I/O口 256x8bit內(nèi)部RA