【正文】 李 老師所作的一切，使我非常感動！ 在此，謹(jǐn)向 李 老師致以最崇高的敬意和誠摯的感謝 ! 在論文寫作過程中，許多同學(xué)在課題設(shè)計中給予了幫助。尤其是 李 老師身體力行、言傳身教、以及對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度更讓我由衷地欽佩。 致謝 本文是在 李江雪 老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 3．電源控制系統(tǒng)中采用 PWM 控制技術(shù)，實現(xiàn)了對電源輸出特性的精確控制，本電源能輸出恒流、恒壓輸出特性，輸出特性的參數(shù)可調(diào)。經(jīng)試驗表明，所設(shè)計的主電路結(jié)構(gòu)合理，參數(shù)與性能穩(wěn)定，能夠獲得預(yù)定的輸出容量。 結(jié)論 本文是圍繞直流穩(wěn)壓電源展開的，文中采用單片機進行控制實現(xiàn)逆變電源的外特性，并對電源輸出參數(shù)進行實時監(jiān)測?？撮T狗可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件實現(xiàn)。 監(jiān)視定時器，俗稱 “ 看門狗 ” ，具有監(jiān)視單片機運行的功能，一旦發(fā)現(xiàn) “ 死機 ” 就會在很短的時間內(nèi) (微秒級 )發(fā)出復(fù)位信號，恢復(fù)程序正常運行。為了系統(tǒng)更穩(wěn)定的工作，采取了軟件抗干擾措施。軟件部分的作用是非屏蔽中斷出現(xiàn)上升沿時，單片機立即中斷，進入中斷程序，進行故障處理，顯示故障標(biāo)志，并點亮故障燈。 25 顯 示 程 序 入 口P 0 , P 2 置 成 基 本 輸 入 輸出 方 式 動 態(tài) 顯 示 初 始 化位 選 碼 給 P 2 口等 待 顯 示 數(shù) 據(jù) ， 查 表 換成 相 應(yīng) 的 段 選 碼 給 P 1 口延 時 1 m s顯 示 指 針 加 18 位 顯 示 完否顯 示 下 一 位返 回是否 入 口計 算 A/D轉(zhuǎn) 換 地 址啟 動 A/D轉(zhuǎn) 換延 時讀 A/D轉(zhuǎn) 換返 回 圖 13 LED顯示子程序流程圖 圖 14 A/D轉(zhuǎn)換子程序框圖 故障處理子程序 故障處理子程序流程圖見圖 22。脈沖特性的輸出其實就是在兩種恒流外特性的切換。它內(nèi)部是 T型電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的 D/A 轉(zhuǎn)換器，并帶有數(shù)據(jù)鎖存器，數(shù)字量為并行輸入，轉(zhuǎn)換速度很快，輸出形式為電流源輸出，電流建立時間小于 l us。其中14位、 16 位 D/A 用得較少，一是價格高，二是 12位以下己基本滿足一般工業(yè)系統(tǒng)的要求。 將單片機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的方法有多種， 80C196KC 本身提供的 24 PWM 輸出和高速輸出口 (HSO)都可用作 D/A 轉(zhuǎn)換用，其實現(xiàn) D/A 輸出的外部接口電路一般原理見圖 18 所示，從圖可知，為保持模擬量的平衡，都必須通過阻容濾波，但即使濾波后也有細(xì)小的紋波存在，而直接采用 D/A 轉(zhuǎn)換芯片來產(chǎn)生電流給定所需的模擬量，輸出精度高，響應(yīng)時間也相對快一些。為了實現(xiàn)電源恒流外特性，需要單片機輸出連續(xù)的模擬信號作為電流閉環(huán)調(diào)節(jié)中的電流給定量。由于 80C196KC 片內(nèi)有 256 個 8位寄存器，除 25 個特殊功能寄存器外都可用作累加器，采用垂直窗口技術(shù)，可擴展為 512個寄存器，因此無需擴充片外 RAM，即可完成用于控制過程的絕大部分運算。當(dāng) A13=1，A15=A14=0 時， 138 輸出 Y1為低電平有效，選中 2864；當(dāng) A14=1， A15=A13=0 時， Y2有效，選中 DAC0832：當(dāng) A15=0， A14=A13=1 時， Y3有效，選中 8279。 上述譯碼方法實質(zhì)是將 EEPROM存儲單元首地址浮高以滿足單片機復(fù)位后 PC指針的要求。 80C196KC 單片機整個存儲空間中，片內(nèi)、片外存儲空間一共可達(dá) 64K字節(jié)，由于 80C196KC 程序運行首地址為 2080H，應(yīng)以 2021H 開始安排程序存儲空間，擴展的存儲空間的順序一般為 EPROM— EEPROM — RAM— I/O 芯片。 23 時 鐘 發(fā) 生 器寄 存器 組R A L U 存 儲 器 控 制 器/ 預(yù) 取 隊 列電 源和 地線可 編 程 中斷 控 制 器 H S I OA / D 轉(zhuǎn) 換 器（ 1 0 ） 位T I M E R 1amp。 圖 11 為單片機 80C196KC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。下面簡要介紹一下這幾部分的功能： 1)80C196KC 最小系統(tǒng)：它是單片機控制系統(tǒng)的核心部分，通過程序的運行使它與外圍芯片交換信息，來 實現(xiàn)所需的控制功能。 電壓檢測電路如 10 圖所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t t i ng s \ x ux i a n g1 12 8\ 桌面 \ M yD e s i gn .d dbD r a w n B y :R3R1R2 1 0 V ～ 1 5 V+ 1 0 ～ + 1 5 VH V 1 0 0 圖 10 電壓檢測電路圖 取運算放大器 IC1D 的輸入電阻 ?? kR 1001 ，輸入電流為 10mA。 電位器 RP1 為 10K，用來調(diào)整輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器電壓的大小，即改變電流反饋系數(shù)。運算放大器選用 LM324 普通運算放大器即可。 由于14 600 ??，在額定一次電流下，流過測量電阻 1R 的電流 max14RI 21 為： ( ) 1 4 114 14 1 5 0 . 5 0 . 1 2 5 0 7 0 . 8 30 . 1 2c e s a t RRU U I RR I?? ? ? ?? ? ? ? () 實取 70? 。 2．參數(shù)計算 1)電流轉(zhuǎn)換器的計算： 電流轉(zhuǎn)換器一次測電流額定值為 1000A 式，選用 LEM 塊，現(xiàn)選用 LA10007型號的 LEM 作為檢測元件，其檢測范圍為 0～ 800A。 圖 7 低頻濾波器電路圖 20 5 輔助電路 動 型脈寬調(diào)制器 TL494 的特點與功能 TL494 是電壓驅(qū)動型脈寬調(diào)制器，可顯示器、計算機等系統(tǒng)， TL494 的管腳如圖 8 所示： 圖 8 TL494管腳圖 作為開關(guān)電源電路， TL494 的輸出三極管可接成共發(fā)射極及射極跟隨器兩種方式，因而可以選擇雙端推挽輸出或單端輸出方式，在推挽輸出方式時，它的兩路驅(qū)動脈沖相差 180 度，而在單端方式時，其兩路驅(qū)動脈沖為同頻同相。一般 L與 C1或 L與 C2的取值應(yīng)按 10 /1 LCf ? 。 本文采取的措施 在抑制低頻紋波采取下圖所示的低頻濾波器，該方法是在高頻開關(guān)整流電壓與輸出之間串入某一形式的濾波器同時濾去高頻開關(guān)逆變造成的因 PWM 調(diào)節(jié)引起的差模紋波和整流后的低頻紋波。 ④ 合理布線。 ② 在輸出端加低頻濾波器 ,該方案是在高頻開關(guān)整流電壓與輸出之間串入某一形式的濾波器同時濾去高頻開關(guān)逆變造成的因 PWM 調(diào)節(jié)引起的差模紋波和整流后的低頻紋波。 (3)閉環(huán)調(diào)節(jié)器引起的紋波 一般開關(guān)電源要求對輸出電壓進行閉環(huán)控制 ,因此 ,輸出端的紋波會通過反饋網(wǎng)絡(luò)進入調(diào)節(jié)器回路 ,導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激 振蕩 ,引起附加紋波 ,此紋波電壓一般沒有固定的工作頻率 ,另外 ,調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計得不適當(dāng)也會引起紋波。開關(guān)電源紋波產(chǎn)生來源的途徑有以下幾個： (1)低頻紋波 低頻紋波是由于濾波電路中的電解電容容量不是足夠大所造成的 ,由于 開關(guān)電源體積的限制 ,電解電容的容量不可能無限制地增加 ,所以導(dǎo)致低頻紋波的存在 ,該紋波頻率隨整流電路方式的不同而不同。 18C 耐壓值為 50V，容量為 15μF 的聚丙烯電容器。 2．濾波電容的計算 允許的電壓脈沖值 VUU f ????? () FC 618 00 0 08 ?????? () 實取 18C ＝ 15μF 。 4)功率損耗 cP 開通瞬間損耗： 931200 145 210 10 6 24 50 10c e s cc onUIP t WT??? ? ?? ? ?? ? ? ? () 準(zhǔn)飽和管壓降為 )(satceU =3V， onT =20ms，準(zhǔn)飽和導(dǎo)通時損耗： () 3933 145( ) ( 20 10 210 10 ) 2 50 10c e s sat con on onUIP T t WT ????? ? ? ? ? ? ? ??? () 關(guān)斷時損耗： 931200 145 430 10 6 24 50 10c e s cf offUIP t WT ???? ? ? ? ?? ? ? ? () r on fP P P P W? ? ? ? () T1的選擇 變壓器原邊工作電壓 1U 為：1 2372sUUV () 副邊電壓 2U 為：2 26 1 %? ? ? () 所以 T1的變比 k 為：12237 U? ? ? () 實取 k ＝ 5變壓器即可。 ont =210ns oft =430ns 逆變器頻率 f=20KHZ， T=1/f =50ms， maxonT ==20ms。 2)集電極電流 全橋式逆變電路中， IGBT 的集電極電流為： AUPUPI soutsoutc 1 9 2 0 ?????? () 取 cI ＝ 200A。 管的選擇 1)集－射極間的擊穿電壓 cesU 采用 380V 交流電供電，電網(wǎng)電壓向上波動 10%，并考慮由變壓器漏感起的尖峰電壓等因素。 電容耐 壓： (～ 2) maxU =～ () 取 1000V 即可。10% ，計算電容時按下降情況考慮，即： 473ssU U V?? () 電源在 IGBT 管未導(dǎo)通前給電容 C12 和 C13 充電，因為均壓電阻 R/T 的阻值相同，所以兩電容兩端的電壓相等且為 sU / 2，即： VUUU sCC 23721312 ??? () 設(shè) IGBT 的管壓降為 2V， PWM 輸出 ceU =2V，信號占空比為 40%(d=)，開關(guān)管頻率 f=20kHZ，則： 0 10 ? ? ? ? () 與 C7 計算相同。 RY5 是作為整流后的電壓保護壓敏電阻，故其額定電壓應(yīng)為： 15 2 2 A SU V? ? ? ? ? () 實取 1000V。 由于 RY RY RY3 分別為輸入電路線間瞬時過電壓保護 ，所以它們的額定電壓取相同的值，即都取 750V。 3．輸入瞬間電壓保護器件的選擇 壓敏電阻的作用是削掉電網(wǎng)峰值電壓。 2．濾波電容的計算 三相交流電經(jīng)過整流器后輸出波形如圖 6所示： 圖 6 電源經(jīng)整流濾波后的波形 電源輸入功率近似為： 227 2 7 31 U C UP t?? () Dt 為電容器的電壓從 2U 放電到 3U 所 需的時間。 控制系統(tǒng)采用單片機為核心的控制系統(tǒng)，最方便的是 PWM 控制方式 。 15 逆變技術(shù)的輸出控制方式常用 “ 時間比率控制 ” 方式，通過改變導(dǎo)通時間ton 和工作周期比例亦即脈沖的占空比來實現(xiàn)。本文選用 IGBT作為電路主控開關(guān)功率器件。表 2 給出了達(dá)林頓GTR、功率 MOSFET 和 IGBT 三種全控型器件的特性比較