【正文】 中斷服務(wù)子程序用 來修改 SPWM信號的占空比 。然后根據(jù) SPWM周期計算出各點的脈寬值，轉(zhuǎn)換成計時步階，做成正弦表 （表 81） ，供 CCP1中斷子程序調(diào)用。 在軟件設(shè)計中，將 CCP2模塊作為 PWM輸出口， CCP1模塊采用比較功能，單片機時鐘為 20MHZ,計時步階 。但實際上， SPWM頻率一般都很高，周期很短，要在每一個周期內(nèi)都完成脈寬的調(diào)整比較困難。內(nèi)部定時器在計數(shù)過程中 不斷與這兩個寄存器的值相比較，達到設(shè)定時間時輸出電平產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從)wt(s in w tdi ii m? ?? ????? ? ?）（ US)wt(s in wt diik ? ?? ????? ? ?）（D 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 33 頁 共 54 頁 而控制 PWM信號的周期和占空比。 PIC16F73單片機內(nèi)部含有兩個 CCP模塊，都可以用來產(chǎn)生 PWM波。 軟件設(shè)計 由于單片 機 PIC16F73具 有強大的功能，困此用其作為逆變電源的主控芯片 是很 方便的 。當(dāng) TMR2 的中斷標(biāo)志位 TMR2IF 被置高電平時，系統(tǒng)將執(zhí)行定時中斷服務(wù)程序，圖 81所示是其 SPWM 流程圖。為了節(jié)省表的存儲空間，實際編程時，可保存半個周期內(nèi)的正弦波離散點，即保存 N/2個點，然后用交替的方式輸出 SPWM 波來控制逆變橋 的工作。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 32 頁 共 54 頁 8 軟件設(shè)計 正 弦波脈寬的生成 根據(jù) 第二章 正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)的產(chǎn)生原理，若把 U=Urmsintωt 正弦波在半周期內(nèi) N等分，第 i 個等分段正弦波的面積為 Si，則有： （ 81） 若再使矩形波的幅值等于輸入正弦波的幅值 Urm，并使每段矩形波的面積等 于對應(yīng)段的正弦波的面積，那么，便可以得到矩形波脈寬的值為： （ 82） 由于脈沖寬度是按照正弦波的規(guī)律變化，故可把這些脈沖寬度 DK的值編制成數(shù)值表 （如表 1） ，再用單片機通過查表輸出脈沖序列。并介紹了保護電路的必要性和重要性。通過上述措 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 31 頁 共 54 頁 施，可有效保護開關(guān)管在短路與過載情況下不損壞。在正常情況下，采樣值小于設(shè)定值系統(tǒng)正常工作 。對于電路過載，設(shè)計中將取樣電阻 (因負(fù)載電 流較小，這個方案可行，如果負(fù)載電流很大的情 況下，為了減小取樣電 阻 損耗的功率，應(yīng)該采用 電流互感器進行電 流取樣 )串接在輸出回 路中， 以檢測負(fù)載電流。對于短路故障必須立刻停機，這功能可以由串接在主 功率回路中的快速 熔斷器實現(xiàn) 。對于橋式逆變電路，如果發(fā)生 橋臂直通短路或負(fù)載發(fā)生短路時，流過開關(guān)管 上的 電流迅速增大，若不采取措施 在很短的 時間 內(nèi)，功率開關(guān)管被燒毀。當(dāng)采用 上述兩項措施后大大提高了管子的可靠性。因此，單純的并聯(lián)阻容吸收回路并不能有效 的防止過電壓擊 穿。 一 般而占，功率 MOS管承受道電壓的能力較差，開關(guān)管 開關(guān)過程中管子 漏極和源極之間會出現(xiàn)由于電路分布電感釋放能量而 出現(xiàn)的過電壓。當(dāng)輸入電壓過高時，3． 3V穩(wěn)壓管將電壓值鉗位在 3． 3V，起到保護控制芯片的作用。所以需要將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成 O～ 3． 3V之間變化的電壓信號，再送到控制芯片的 A/D轉(zhuǎn)換口。 不應(yīng)影響 NMOS的開關(guān)特性。 應(yīng)有一定的抗干擾能力。但是當(dāng)出現(xiàn)更為嚴(yán)重的過載，例如負(fù)載短接，逆變電路橋臂短接，變壓器原邊或副邊短接等等，故障電流將在 NMOS管中急劇上升，這時就要給 NMOS提供一個快速保護電路。 圖 71 采樣反饋電路 保護電路 設(shè)計 過流保護的必要性 前面在選擇 NMOS的型號時，考慮了 器件的 工作電流及允許的過電流，然而在故障條件下，器件承受較大的故障 電流，這是不允許的，所以要用某些方法保護器件免受破壞。 采樣反饋電路如圖 71所示。在電氣技術(shù)指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā) 故障情況下安全可靠地工作， 必須得設(shè)計一個電路能及時把輸出的情況及時回饋給控制電路 。用 N溝道場效應(yīng)管 作為開關(guān)管。由于系統(tǒng)額定輸出電壓 220V，其額定輸出電流約峰值電流約 2． 52A，考慮負(fù)載類型及允許的過載倍數(shù)， NMOS的額定電流值按 3倍額定選擇，參考市面上的 NMOS種類，取耐壓值 Veer為 55V系列的IRF3205功率管即可 . IRF3205具有開關(guān)速度快，輸入阻抗高，驅(qū)動功率低，通 流能力強的特點，目前 IRF3205的電流電壓等級為 110A/55V，關(guān)斷時間已縮短到 64ns，擎住現(xiàn)象得到改善，安全工作區(qū)域擴大 。 NMOS綜合了 MOSFET的優(yōu)點，考慮半橋電路特點當(dāng)上橋 臂或下橋臂關(guān)斷時，其自身承受兩倍直流輸入電壓。 逆變電路的功能是將上一節(jié)中升壓得到的高壓直流電經(jīng) SPWM全橋逆變，變成 220V的 SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為 220V、 50Hz正弦交流電壓輸出 。 經(jīng)過上訴比較，本設(shè)計最后選取全橋 逆變 電路。 圖 63全橋逆變電路 逆變主電路的選擇 逆變器是系統(tǒng)的核心部分，也是直接和負(fù)載相連接的部分。該電路拓樸結(jié)構(gòu)及控制較為復(fù)雜，元件較多，成本較高。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 27 頁 共 54 頁 圖 62半橋逆變電路 圖 63所示的全橋逆變電路與半橋電路的區(qū)別是用兩只同樣的開關(guān)管代替了兩只電容，全橋逆變電路工作需要兩組相位相反的驅(qū)動脈沖分別控制兩對開關(guān)管，功率晶體管T T4和 T T3反相， T1和 T2相位互差 180度。半橋逆變電路使用的器件很少，驅(qū)動簡單，抗電路不平衡能力強，但輸出交流電壓的幅值僅為 Vd/2，同樣輸出功率條件下，功率管額定電流值要大于全橋逆變電路兩倍，且需要分壓電容器，所以一般用于中小功率 等級逆變電路。開關(guān)器件 T1和 T2基極信號在一個周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補。 圖 61推挽逆變電路 半橋逆變電路的原理 圖如圖 62所示。由于功率晶體管共地，驅(qū)動及控制電路簡單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 26 頁 共 54 頁 6 逆變電路設(shè)計 逆變電路拓?fù)浯_定 常用的電壓型單相逆變電源主電路一般有推挽逆變電路、半橋逆變電路和全橋逆變電路三種基本主電路形式。芯片 7414的左端兩個 1， 3管腳對應(yīng)單片機輸出的SPWM，電路右邊輸出接到逆變橋上。 圖 53 驅(qū)動電路 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 25 頁 共 54 頁 如圖 53所示為本設(shè)計的驅(qū)動電路。如上所述 IR2110的特點，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。 IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖 51所示。 50V/ns， 15V下靜態(tài)功耗僅 116mW；輸出的電源端（腳 3,即功率器件的柵極驅(qū)動電壓）電壓范圍 10～20V；邏輯電源電壓范圍（腳 9） 5～ 15V，可方便地與 TTL， CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有177。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 24 頁 共 54 頁 圖 52IR2110的內(nèi)部功能框圖 IR2110采用 HVIC和閂鎖抗干擾 CMOS制造工藝， DIP14腳封裝。它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選品 種。隨著驅(qū)動技術(shù)的不斷成熟，已有多種集成厚膜驅(qū)動器推出例如EXB840/84 EXB850/85 M57959L/AL、 M57962L/AL、 HR065 等等，它們均采用的是光耦隔離，仍受上述缺點的限制。脈沖變壓器體積大，笨重，加工復(fù)雜。而且最大占空比被限制在 50％。電磁隔離用脈沖變壓器作為隔離元件，具有響應(yīng)速度快（脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強度高，共模干擾抑制能力強。光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點。采用隔離驅(qū)動方式時需要將多路驅(qū)動電路、控制電路、主電路互相隔離，以免引起災(zāi)難性的后果。一 般對驅(qū)動電路有如下要求： 1) 改善器件的靜態(tài)和動態(tài)性能：作為功率開關(guān)希望減小器件損耗，驅(qū)動電路應(yīng)保證器件的充分導(dǎo)通和可靠關(guān)斷以減低器件的導(dǎo)通和開關(guān)損耗； 2) 實現(xiàn)與主電路的隔離：由于大多數(shù)主電路是高電壓格局，要求控制信號與柵極間無電耦合； 3) 具有較強的抗干擾能力：目的是防止期間在各種外擾下的誤開關(guān)，保證器件在低 頻工況下可靠工作； 4) 具有可靠地保護能力：當(dāng)主電路或驅(qū)動電路自身出現(xiàn)故障時 (如過電流和驅(qū)動電路欠電壓等 )，驅(qū)動電路應(yīng)迅速封鎖輸出正向驅(qū)動信號并正確關(guān)斷器件以保障器件安全。 本節(jié)針對本系統(tǒng)采用的是 MOSFET功率管進行驅(qū)動電路選型與設(shè)計。 驅(qū)動電路設(shè)計 電力電子器件的驅(qū)動是電力電子電路與控制電路之間的接口，是電力電子系統(tǒng)的重要的環(huán)節(jié)，對整個系統(tǒng)的性能有很大的影響。輸出電壓經(jīng)電阻分壓取樣后，由運算放大電路將電平轉(zhuǎn)換為單片機 A/D轉(zhuǎn)換口所能接受的0～ 5V電壓信號，送入單片機 A/D轉(zhuǎn)換口。單片機通過內(nèi)部軟件產(chǎn)生一路 SPWM控制信號，然后經(jīng)過邏輯門變換電路變換成逆變?nèi)珮蛩璧乃穆夫?qū)動信號，再經(jīng)專用驅(qū)動芯片 IR2110隔離放大后，分別加到逆變?nèi)珮蛩膫€ NMOS的柵極，進行驅(qū)動控制。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 22 頁 共 54 頁 5 控制電路 設(shè)計 PIC16F73 單片機 及外圍電路設(shè)計 圖 51PIC16F73單片機 及外圍電路 PIC16F73最高時鐘頻率為 20MHZ，每條指令執(zhí)行周期 200ns，由于大多數(shù)指令執(zhí)行 間為一個周期，因此速度相當(dāng)快。為避免兩管均導(dǎo)通造成變壓器原邊短路， Q Q2的占空比均不能大于 50％，并相互錯開以留有一定的死區(qū)。若控制信號交替驅(qū)動兩個功率管，則經(jīng)過變壓器耦合產(chǎn)生高壓矩形交流電壓，此高壓高頻交流電再經(jīng)過整流電路整流轉(zhuǎn)化為高壓直流。 C11構(gòu)成輸出濾波電路。 如圖 42為 全橋 變換器的主電路，其中 Ql、Q2為兩個共負(fù)極的功率開關(guān)元件， T5A為帶中心抽頭的升壓變壓器。從輸出端看，反激式是電流源，不能開路。 (5)反激式。如圖 41(d)，功率管只承受電源電壓，并且鐵芯利用率高，易采用軟開關(guān)工作方式，但功率器件較多，控制及驅(qū)動較復(fù)雜，并且存在直通現(xiàn)象。如圖 41(c)，變壓器鐵芯不存在直流偏磁現(xiàn)象，變壓器兩象限工作，利用率高，功率管只承受電源電壓，適合高壓中功率場合。適合低壓大電流場合。如圖 41(b)，電路結(jié)構(gòu)簡單，可以看成兩個完全對稱的單端正激式變換器的組合，因此變壓器鐵芯是雙向磁化的，相同鐵芯尺寸下，推挽電路比正激式電路輸出更大的功率。另外，由于添加了去磁繞組使變壓器的機構(gòu)復(fù)雜化，變壓器工藝水平的高低將直接影響到電路的性能。首先變壓器鐵芯單向磁化，利用率低，主功率管承受兩倍的輸入電壓，只能適合抵押輸入電路。如圖 41(a)，電路拓?fù)浜唵?，在變?器繞組中加一去磁繞組就可以實現(xiàn)去磁，是中小功率變換器常用的設(shè)計方案。因此這里只介紹如圖 31所示五種常用的隔離式 DC/DC電路。 圖 31逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 直流升壓電路 濾波 濾波電路 逆變電 路 輸出濾波 交流檢測反饋 單片機控 制 SPWM 驅(qū)動控制 交流輸出 直流輸 入 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） 報告用紙 第 19 頁 共 54 頁 4 直流升壓電路設(shè)計 直流升壓主電路拓?fù)浯_定 本文所設(shè)計逆變器的輸入電壓為 36V48V直流，而其輸出則要求 220V穩(wěn)壓的，因此必須加升壓變壓器。 通過交流輸出電壓調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓波形；通過過流檢測電路實現(xiàn)保護，當(dāng)檢測到故障信號時，立即關(guān)斷逆變器的功率管，從而起到保護逆變電源的作用。直流升壓采用 全橋 電路，工作頻率在 50kHz；高頻逆變 后經(jīng)過高頻變壓器變成高頻交流