【正文】 口使用時(shí)，為增強(qiáng)其驅(qū)動能力，必須外接上拉電阻。 AT89S52 端口資源配置 AT89S52 片上內(nèi)置了 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線 ， 看門狗定時(shí)器 ， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針 ， 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 一個(gè) 6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu) 。 蓄電池電量監(jiān) 測 電路如圖 211 所示。 為減輕微機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器并不實(shí)時(shí)進(jìn) 行工作，并且 電池電量變化時(shí)緩慢的，可以間斷分時(shí)對蓄電池電量信息進(jìn)行采樣， 這樣設(shè)計(jì)既減輕微機(jī)的工作量，又降低了逆變電源自身功耗，符合了低功耗的設(shè)計(jì)原則。 MAX187 參考電壓 取 內(nèi)部參考， SHDN 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 引腳接 VCC 電源端， REF 參考電壓引腳對地接入一個(gè) 電容 。 利用這一特性，在蓄電池接入端串入一個(gè)小電阻 ，取這個(gè)電阻的壓降，當(dāng)蓄電池電量偏低時(shí)，電阻上的壓降會降低到某個(gè)值， 將這個(gè)電壓值作為判斷蓄電池電量是否偏低的門限電壓， 當(dāng)電阻壓降高于這個(gè)門限電壓時(shí)，電池電量充足；當(dāng)電阻壓降低于這個(gè)門限電壓時(shí)，電池電量不足。 5 GND 接地 6 DOUT 數(shù)據(jù)輸出 7 CS 片選信號端 8 SCLK 時(shí)鐘信號輸入。高電平使用內(nèi)部參考電壓，懸空時(shí)禁止內(nèi)部參考。 MAX187 引腳排列如圖 210所示。 圖 29 電源供電電源切換電路 蓄電池電量監(jiān)控電路 當(dāng)蓄電池在放電工程中，電量會逐漸降低， 為防止蓄電池過放 ， 導(dǎo)致蓄電池使用壽命縮短甚至電池直接 損壞，逆變電 源應(yīng)對蓄電池的電量進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)蓄電池電量偏低時(shí)要及時(shí)采取措施停止蓄電池繼續(xù)放電而損壞 電池 。同時(shí)， LTC4414 控制 Vin 和 SENSE 引腳之間維持一個(gè) 20mV 的正向調(diào)節(jié)電壓， GATE 驅(qū)動蓄電池 PMOSFET 導(dǎo)通，蓄電池對逆變電源供電。 市電對逆變電源供電。 當(dāng)市電正常供電時(shí)， SENSE 引腳電壓被拉至 Vin 引腳電壓以上達(dá) 20mV 左右， STAT 引腳從開路狀態(tài)變至一個(gè) 5mA的電流宿， 通過上拉電阻的作用驅(qū)動市電 PMOSFET 導(dǎo)通。 GATE 端接 蓄電池 PMOSFET 驅(qū)動端， 接通或 切 斷 控制蓄電池 對逆變電源供電。整個(gè)切換過程要求迅速， 切換時(shí)間短，以保證逆變電源內(nèi)部電路持續(xù)不間斷工作。當(dāng)未接入輔助電源時(shí)，此端直接由模擬控制器控制，使外接 PMOSFET 導(dǎo)通；當(dāng)無輔助電源時(shí)，GATE 端電壓升到 SENSE 端電壓， PMOSFET 關(guān)斷。該輸入通常由一個(gè)用于向負(fù)載輸送電能的 蓄 電池或其他電源來供電，使用時(shí)，通過一個(gè) ~10μF 的電容器把該引腳旁路至地，抑制負(fù)載瞬變 。 3 GND 接地 5 NC 空腳 6 SENSE 有兩個(gè)功能：電源輸入端，給內(nèi)部電路供電；電源電壓檢測輸入端，該端通常由輔助電源供電 ，該輔助電源還向負(fù)載供電。 2 CTL 邏輯電平控制信號輸入端。使用時(shí)需外接上拉電阻，輸出狀態(tài)信號。 LTC4414 各引腳功能見表22。 電源切換控制器 LTC4414 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 LTC4414 是一種功率 PEFT 控制器，主要用于控制電源的通、斷及自動切換 。 電源 供電 電源 切換電路 逆變電源除了給負(fù)載 提供電源外，其自身的運(yùn)行也要消耗電能。 圖 28 市電斷電監(jiān)測電路 該 部分電路主要是給微機(jī)提供市電運(yùn)行狀態(tài)信息，微機(jī)通過外部中斷對市電運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掃描檢測。 市電斷電 監(jiān)測 電路 市電斷電監(jiān)測電路對市電是否正常進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)市電突然斷電時(shí)，發(fā)出斷電信號給逆變電源；當(dāng)市電供電恢復(fù)正常時(shí)，發(fā)出 恢復(fù)供電 信號給逆變電源。 此外，還將保護(hù)信號送入微機(jī)，保護(hù)電路對電壓進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以直接送入微機(jī)處 理的電平信號。 保護(hù)電路如圖 27 所示。在逆變電源輸出端和市電接入端分別接入熔斷器 F F2，作為二級保護(hù)， 如圖 26 所示。故為電源 設(shè)計(jì)過載保護(hù)電路是不可缺少的環(huán)節(jié)。 考慮到該電路是在帶負(fù)載的情況 下進(jìn)行電源自動切換，切換過程中，觸頭會產(chǎn)生電弧， 所以選擇繼電器時(shí)，繼電器的觸頭材質(zhì)要耐高溫，而且觸頭系統(tǒng)還 應(yīng) 設(shè)有滅弧裝置，防止產(chǎn)生的電弧燒壞觸頭，造成觸頭接洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 觸不良而影響供電性能。市電正常時(shí)，繼電器常閉觸頭接通市電給負(fù)載供電；市電故障時(shí)，繼電器動作，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，接通逆變輸出，給負(fù)載供電。 負(fù)載供電自動切換電路 完成負(fù)載供電在市電與逆變電源間的自動轉(zhuǎn)換。 圖 25 逆變輸出采樣電路 負(fù)載供電自動切換電路 工作特性 本設(shè)計(jì)的逆變電源為后備式，所以 在市電正常情況下，負(fù)載由市電供電；當(dāng)市電故障時(shí)，負(fù)載則有逆變電源供電。濾波電路采用 ? 形LC 濾波電路， LC 濾波電路中，濾波電感 L 對主流壓降很小，而對交流成分而言，電感 L 的感抗很大，對交流成分有很大的衰減作用，使整流輸出中參雜的 交流成分 衰減掉。整流方式選擇正極性橋式整流，整流器件采用整流二極管。 圖 24 脈沖發(fā)生電路原理圖 逆變輸出采樣電路 工作特性 為了對逆變輸出的方波電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制，逆變輸出采樣電路對逆變輸出電壓進(jìn)行取樣，將取樣交流 24V 電壓進(jìn)行整流、濾波處理后，經(jīng)R4 R4 R51 分壓后，送人雙端驅(qū)動器 UC3524 的 1 引腳取樣輸入端，如圖 24 所示。 內(nèi)部差分放大器的輸出電壓與輸出 脈沖占空比近似為線性關(guān)系，當(dāng)輸出電壓為 時(shí)，脈沖占空比為 45%；當(dāng)輸出電壓降為 時(shí)，脈沖占空比降為 10%；當(dāng)輸出電壓為 1V 時(shí)，占空比為 0，無驅(qū)動脈沖輸出。 為確保逆變輸出 交流電壓 幅值穩(wěn)定，對輸出電壓進(jìn)行采樣，并將采樣值經(jīng)采樣電路處理后經(jīng)電阻分壓，送人 UC3524 的內(nèi)部差分放大器反洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 相輸入端。設(shè)計(jì)中，必須 保證換流過程中換流不可重疊，即一路導(dǎo)通的前提必須是另一路完全關(guān)斷，否則就會造成短路， 導(dǎo)致 換流失敗 。 5V 基準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻 R3 R42 進(jìn)行1:2 分壓后，作為誤差檢測電壓接入 內(nèi)部 差分放大器同相輸入端。脈沖發(fā)生器死區(qū)時(shí)間與 CT 有關(guān) ，死區(qū)時(shí)間設(shè)定在 10μs， CT 值為 ，根據(jù) T=RTCT，可求得， RT=100kΩ。 3 內(nèi)部振動器鋸齒波輸出端 5 內(nèi)部電流限制放大器 CL 的“ +”“ ”取樣端 6 外接 RT 端 7 外接 CT 端 8 接地端 9 內(nèi)部差分放大器輸出端 ，接入 R3 C22 組成相位矯正電路 10 PWM 脈沖輸出控制端 ，輸入高電平時(shí)，驅(qū)動脈沖被關(guān)斷 1 14 內(nèi)部兩路驅(qū)動級 NPN 管發(fā)射極引出端 1 13 內(nèi)部兩路驅(qū)動級 NPN 管集電極引出端 15 直流 電源輸入端 （ 12~28V） 16 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端 電路設(shè)計(jì) UC3524 輸出脈沖為兩路輸出，即開關(guān)頻率為振蕩頻率的兩倍。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 表 21 UC3524 引腳功能 引腳號 引腳功能 1 內(nèi)部差分放 大器 EA 的反相輸入端。 工作特性 該部分為整個(gè)逆變電路的核心，脈沖發(fā)生器 UC3524 根據(jù)設(shè)定的振蕩周期，發(fā)出固定頻率的 PWM 脈沖信號，控制逆變橋工作，同時(shí)逆變電源輸出反饋信號經(jīng)反饋電路處理后反饋給 UC3524。 UC3524 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 如圖 23。選擇雙端輸出驅(qū)動器 UC3524 作為脈沖驅(qū)動信號發(fā)生器。 IGBT 最高耐壓值 1300V， 最大工作電流 50A，則該逆變橋輸出的實(shí)際最大功率為 ，即逆變電源的實(shí)際最大 輸出 功率為。再達(dá)林頓組合前，再加一級射極輸出放大。 為此 ， 本設(shè)計(jì)中采用了 如下 兩 種措施加以改善 ： a、 在柵 — 射極間并接一個(gè)阻值為 10kΩ 的電阻，且將其并聯(lián)在柵射極最近處； b、 在 柵 射極間并聯(lián)兩只反串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管 ， 把浪涌電壓限制 在30V 以下 。 驅(qū)動電路輸出 一般不 和 IGBT 柵極直接相連，應(yīng)使用 絞合 線連接(2 轉(zhuǎn)／ cm)。此外，在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動電路出 現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值 與正負(fù)柵壓相同。 本設(shè)計(jì)中 RG 選阻值為 15Ω 的電阻。 RG 較大 ， 有利于抑制 IGBT 的電流上升率及電壓上升率 ， 但會增加 IGBT 的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗 ； RG 較小 ， 會引起電 流上升率增大 ， 使 IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。 ③ IGBT 開通后 ， 驅(qū)動電路應(yīng)提供足夠的電壓、電流幅值 ， 使 IGBT 在正常工作及過載情況下不致退出飽和而損壞 ?？焖匍_通和關(guān)斷有利于提高工作頻率 ， 減小開關(guān)損耗。負(fù)偏電壓可防止由于關(guān)斷時(shí)浪涌電流過大而 導(dǎo)致 IGBT誤導(dǎo)通， 一般選 UGE=5V為宜。 當(dāng)正偏壓增大時(shí) IGBT 通態(tài)壓降和開通損耗均下降，但 UGE 過大，負(fù)載短路時(shí)IC 隨 UGE 的增大而增大，對其安全不利， 使用中 12VUGE18V 為 宜 。 本設(shè)計(jì)中， IGBT 作為開關(guān)器件使用，故其在飽和區(qū)和方向截止區(qū)交替工作。逆變橋中的 IGBT 通過 UGE 電平的變化，使其在飽和與截止兩種狀態(tài)交替工作。當(dāng)加上正柵極電壓時(shí)，管子導(dǎo)通；當(dāng)加上負(fù)柵極電壓時(shí)，管子關(guān)斷。 設(shè)計(jì)原理 IGBT 也稱為絕緣柵雙極晶體管 , 是復(fù)合了功率場效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合器件 , 它將功率場效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)集于一身 , 既 具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū) 動電路簡單的優(yōu)點(diǎn) , 又具有通態(tài)電壓低、耐壓高和承受 電流大等優(yōu)點(diǎn) , 因此應(yīng)用更加廣泛。 逆變電源硬件設(shè)計(jì) 全橋逆變電路設(shè)計(jì) 工作特性 該部分 是 整個(gè)逆變電路的核心，擔(dān)負(fù)著將直流電變換成交流電的逆變?nèi)蝿?wù)。因此，當(dāng)改變 CTRT 設(shè)定振蕩頻率是， 首先設(shè)定 CT 值，保證有適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間，在選用 RT 值改變振動器的輸出頻率。 UC3524 內(nèi) 部 振 蕩 周 期 T=RTCT ，電容 CT 的 取 值 范 圍 是1000pF~， RT 的取值范圍是 ~100kΩ，最高振蕩頻率 300kHz。同時(shí)要在性能價(jià)格上均衡考慮，使系統(tǒng)即能滿足性能要求，又降低造價(jià)。 配有兩路驅(qū)動脈沖輸出，分別用于逆變橋個(gè)橋臂控制。脈沖的頻率即為輸出交流電壓的頻率，該逆變電源輸出電壓頻率為 50Hz。鑒于此，集成驅(qū)動器無疑是最優(yōu)選擇。如果逆變 橋 中的開關(guān)器件開通和關(guān)斷出現(xiàn)紊亂，這將直接降低輸出電能的 質(zhì)量 ， 甚至 會導(dǎo)致 逆變失敗或短路 嚴(yán)重的 電路故障。 逆變電源各部分間的關(guān)系如圖 15 所示： 微機(jī)控制 顯 示 保護(hù)、反饋 輸出 逆變部分 蓄電池 電量監(jiān)測 圖 15 逆變電源結(jié)構(gòu) 原理 圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2 章 逆變電源 硬件 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 逆變橋驅(qū)動器選擇 隨著集成電路技術(shù)的不斷成熟，與分立元件組成的電路相比，其可靠性 穩(wěn)定性明顯高于分立元件組成的功能電路，并且集成電路外圍電路設(shè)計(jì)大多比較簡單，十分利于電路的開發(fā)設(shè)計(jì)。 微機(jī)部分。蓄電池電量監(jiān)測 使用了串行 12 位模數(shù)芯片 MAX187。 保護(hù)及檢 測 反饋 部分。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 設(shè)計(jì)方案總體規(guī)劃 逆變電源總體分為三大部分： 逆變部分。 可在單 5V 電源下工作，接受 0－ 5V 的模擬輸入。 圖形液晶顯示特性， 128 64 圖形液晶，液晶控制器 ST7920，ST7920 對控制器送來的信號進(jìn)行鎖存后，再將信號送入圖形液晶顯示，提高顯示的穩(wěn)定性可視性。 逆變電源的微機(jī) 芯片為 ATM 公司的 AT89S52 低功耗 COMS8 位控制器， 8K 系統(tǒng)可編程 Flash， 256K RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針等，片上資源豐富。 雙端輸出驅(qū)動器 UC3524 產(chǎn)生逆變電路的驅(qū)動信號。 逆變電源技術(shù)特性 逆變電源工作的穩(wěn)定性對逆變電源的性能提升至關(guān)重要。 蓄電池電量監(jiān)測。逆變電源設(shè)有液晶顯示器、狀態(tài)指示燈等顯示設(shè)備，方便用戶通過這些設(shè)備，及時(shí)了解逆變電源的 當(dāng)前工作狀態(tài) 。為保證輸出電壓幅值的穩(wěn)定，電源控制電路對逆變輸洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣， 將采樣值反饋到控制電路進(jìn)行分析處理，保證輸出電壓滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)超負(fù)荷過載運(yùn)行或者發(fā)生短路時(shí)，電源系統(tǒng)會檢測到這一故障，并及時(shí)做出保護(hù)處理，避免電源遭受損壞。其工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換都是以市電的正常與否為依據(jù)，進(jìn)行自動快速切換。 全橋逆變開關(guān)器件的驅(qū)動 基于全橋逆變電路的工作原理， 通過 UC3524S 雙端輸出驅(qū)動器產(chǎn)生特定頻率的驅(qū)動信號，控制逆變電路中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。輸出電壓再次為零。到 t2 時(shí)刻 VT1 和 VT2 柵極信號反向， VT1 截止而 VT2不能立刻導(dǎo)通 ， D2 導(dǎo)通續(xù)流，和 D3 構(gòu)成電流通道輸出電壓為 Ud， 到負(fù)載電流過零并開始反向時(shí)， D2 和 D3 截止，