【正文】 驅動能力 足夠的前提下，無需再外接上拉電阻。 P0 口沒有內置上拉電阻，在作為 I/O 口使用時，為增強其驅動能力，必須外接上拉電阻。 AT89S52 端口資源配置 AT89S52 片上內置了 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線 ， 看門狗定時器 ， 2 個數據指針 ， 三個 16 位定時器 /計數器 ， 一個 6向量 2 級中斷結構 。 蓄電池電量監(jiān) 測 電路如圖 211 所示。 為減輕微機的工作負擔，數模轉換器并不實時進 行工作，并且 電池電量變化時緩慢的，可以間斷分時對蓄電池電量信息進行采樣， 這樣設計既減輕微機的工作量，又降低了逆變電源自身功耗，符合了低功耗的設計原則。 MAX187 參考電壓 取 內部參考， SHDN 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 22 引腳接 VCC 電源端， REF 參考電壓引腳對地接入一個 電容 。 利用這一特性，在蓄電池接入端串入一個小電阻 ，取這個電阻的壓降，當蓄電池電量偏低時，電阻上的壓降會降低到某個值， 將這個電壓值作為判斷蓄電池電量是否偏低的門限電壓， 當電阻壓降高于這個門限電壓時，電池電量充足；當電阻壓降低于這個門限電壓時，電池電量不足。 5 GND 接地 6 DOUT 數據輸出 7 CS 片選信號端 8 SCLK 時鐘信號輸入。高電平使用內部參考電壓，懸空時禁止內部參考。 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 ， 導致蓄電池使用壽命縮短甚至電池直接 損壞，逆變電 源應對蓄電池的電量進行監(jiān)測，當蓄電池電量偏低時要及時采取措施停止蓄電池繼續(xù)放電而損壞 電池 。同時， LTC4414 控制 Vin 和 SENSE 引腳之間維持一個 20mV 的正向調節(jié)電壓， GATE 驅動蓄電池 PMOSFET 導通，蓄電池對逆變電源供電。 市電對逆變電源供電。 當市電正常供電時， SENSE 引腳電壓被拉至 Vin 引腳電壓以上達 20mV 左右， S TAT 引腳從開路狀態(tài)變至一個 5mA的電流宿， 通過上拉電阻的作用驅動市電 PMOSFET 導通。 GATE 端接 蓄電池 PMOSFET 驅動端， 接通或 切 斷 控制蓄電池 對逆變電源供電。整個切換過程要求迅速， 切換時間短，以保證逆變電源內部電路持續(xù)不間斷工作。當未接入輔助電源時，此端直接由模擬控制器控制，使外接 PMOSFET 導通；當無輔助電源時，GATE 端電壓升到 SENSE 端電壓， PMOSFET 關斷。該輸入通常由一個用于向負載輸送電能的 蓄 電池或其他電源來供電，使用時，通過一個 ~10μF 的電容器把該引腳旁路至地，抑制負載瞬變 。 3 GND 接地 5 NC 空腳 6 SENSE 有兩個功能：電源輸入端，給內部電路供電；電源電壓檢測輸入端，該端通常由輔助電源供電 ，該輔助電源還向負載供電。 2 CTL 邏輯電平控制信號輸入端。使用時需外接上拉電阻，輸出狀態(tài)信號。 LTC4414 各引腳功能見表22。 電源切換控制器 LTC4414 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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 逆變電源除了給負載 提供電源外，其自身的運行也要消耗電能。 圖 28 市電斷電監(jiān)測電路 該 部分電路主要是給微機提供市電運行狀態(tài)信息，微機通過外部中斷對市電運行狀態(tài)進行掃描檢測。 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行監(jiān)測，當市電突然斷電時，發(fā)出斷電信號給逆變電源；當市電供電恢復正常時，發(fā)出 恢復供電 信號給逆變電源。 此外，還將保護信號送入微機，保護電路對電壓進行電平轉換，轉換成可以直接送入微機處 理的電平信號。 保護電路如圖 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， 如圖 26 所示。故為電源 設計過載保護電路是不可缺少的環(huán)節(jié)。 考慮到該電路是在帶負載的情況 下進行電源自動切換，切換過程中，觸頭會產生電弧， 所以選擇繼電器時，繼電器的觸頭材質要耐高溫，而且觸頭系統(tǒng)還 應 設有滅弧裝置，防止產生的電弧燒壞觸頭，造成觸頭接洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 觸不良而影響供電性能。市電正常時，繼電器常閉觸頭接通市電給負載供電；市電故障時，繼電器動作，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，接通逆變輸出，給負載供電。 負載供電自動切換電路 完成負載供電在市電與逆變電源間的自動轉換。 圖 25 逆變輸出采樣電路 負載供電自動切換電路 工作特性 本設計的逆變電源為后備式，所以 在市電正常情況下，負載由市電供電；當市電故障時，負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行穩(wěn)壓控制，逆變輸出采樣電路對逆變輸出電壓進行取樣，將取樣交流 24V 電壓進行整流、濾波處理后，經R4 R4 R51 分壓后，送人雙端驅動器 UC3524 的 1 引腳取樣輸入端，如圖 24 所示。 內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系，當輸出電壓為 時，脈沖占空比為 45%；當輸出電壓降為 時，脈沖占空比降為 10%；當輸出電壓為 1V 時，占空比為 0，無驅動脈沖輸出。 為確保逆變輸出 交流電壓 幅值穩(wěn)定，對輸出電壓進行采樣，并將采樣值經采樣電路處理后經電阻分壓，送人 UC3524 的內部差分放大器反洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 15 相輸入端。設計中，必須 保證換流過程中換流不可重疊，即一路導通的前提必須是另一路完全關斷，否則就會造成短路， 導致 換流失敗 。 5V 基準電壓經電阻 R3 R42 進行1:2 分壓后，作為誤差檢測電壓接入 內部 差分放大器同相輸入端。脈沖發(fā)生器死區(qū)時間與 CT 有關 ，死區(qū)時間設定在 10μs， CT 值為 ，根據 T=RT CT，可求得， RT =100kΩ。 3 內部振動器鋸齒波輸出端 5 內部電流限制放大器 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，驅動脈沖被關斷 1 14 內部兩路驅動級 NPN 管發(fā)射極引出端 1 13 內部兩路驅動級 NPN 管集電極引出端 15 直流 電源輸入端 （ 12~28V） 16 5V 基準電壓輸出端 電路設計 UC3524 輸出脈沖為兩路輸出，即開關頻率為振蕩頻率的兩倍。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 14 表 21 UC3524 引腳功能 引腳號 引腳功能 1 內部差分放 大器 EA 的反相輸入端。 工作特性 該部分為整個逆變電路的核心，脈沖發(fā)生器 UC3524 根據設定的振蕩周期，發(fā)出固定頻率的 PWM 脈沖信號，控制逆變橋工作，同時逆變電源輸出反饋信號經反饋電路處理后反饋給 UC3524。 UC3524 內部電路結構 如圖 23。選擇雙端輸出驅動器 UC3524 作為脈沖驅動信號發(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際最大功率為 ，即逆變電源的實際最大 輸出 功率為。再達林頓組合前，再加一級射極輸出放大。 為此 ， 本設計中采用了 如下 兩 種措施加以改善 ： a、 在柵 — 射極間并接一個阻值為 10kΩ 的電阻，且將其并聯在柵射極最近處； b、 在 柵 射極間并聯兩只反串聯的穩(wěn)壓二極管 ， 把浪涌電壓限制 在30V 以下 。 驅動電路輸出 一般不 和 IGBT 柵極直接相連，應使用 絞合 線連接(2 轉／ cm)。此外，在實際應用中為防止柵極驅動電路出 現高壓尖峰，最好在柵射間并接兩只反向串聯的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值 與正負柵壓相同。 本設計中 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 的開關時間和開關損耗 ； RG 較小 ， 會引起電 流上升率增大 ， 使 IGBT 誤導通或損壞。 ③ IGBT 開通后 ， 驅動電路應提供足夠的電壓、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 。快速開通和關斷有利于提高工作頻率 ， 減小開關損耗。負偏電壓可防止由于關斷時浪涌電流過大而 導致 IGBT誤導通， 一般選 UGE=5V 為宜。 當正偏壓增大時 IGBT 通態(tài)壓降和開通損耗均下降，但 UGE 過大，負載短路時IC 隨 UGE 的增大而增大，對其安全不利， 使用中 12VUGE18V 為 宜 。 本設計中， IGBT 作為開關器件使用，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。當加上正柵極電壓時，管子導通；當加上負柵極電壓時，管子關斷。 設計原理 IGBT 也稱為絕緣柵雙極晶體管 , 是復合了功率場效應管和電力晶體管的優(yōu)點而產生的一種新型復合器件 , 它將功率場效應管和電力晶體管的優(yōu)點集于一身 , 既 具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好和驅 動電路簡單的優(yōu)點 , 又具有通態(tài)電壓低、耐壓高和承受 電流大等優(yōu)點 , 因此應用更加廣泛。 逆變電源硬件設計 全橋逆變電路設計 工作特性 該部分 是 整個逆變電路的核心，擔負著將直流電變換成交流電的逆變任務。因此，當改變 CT RT 設定振蕩頻率是， 首先設定 CT 值，保證有適當的死區(qū)時間，在選用 RT 值改變振動器的輸出頻率。 UC3524 內部振蕩周期 T=RT CT ，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。同時要在性能價格上均衡考慮，使系統(tǒng)即能滿足性能要求，又降低造價。 配有兩路驅動脈沖輸出，分別用于逆變橋個橋臂控制。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，集成驅動器無疑是最優(yōu)選擇。如果逆變 橋 中的開關器件開通和關斷出現紊亂，這將直接降低輸出電能的 質量 ， 甚至 會導致 逆變失敗或短路 嚴重的 電路故障。 逆變電源各部分間的關系如圖 15 所示： 微機控制 顯 示 保護、反饋 輸出 逆變部分 蓄電池 電量監(jiān)測 圖 15 逆變電源結構 原理 圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 逆變電源 硬件 結構 設計 逆變橋驅動器選擇 隨著集成電路技術的不斷成熟，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計大多比較簡單，十分利于電路的開發(fā)設計。 微機部分。蓄電池電量監(jiān)測 使用了串行 12 位模數芯片 MAX187。 保護及檢 測 反饋 部分。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 設計方案總體規(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 芯片為 ATM 公司的 AT89S52 低功耗 COMS8 位控制器， 8K 系統(tǒng)可編程 F lash， 256K RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，兩個數據指針等，片上資源豐富。 雙端輸出驅動器 UC3524 產生逆變電路的驅動信號。 逆變電源技術特性 逆變電源工作的穩(wěn)定性對逆變電源的性能提升至關重要。 蓄電池電量監(jiān)測。逆變電源設有液晶顯示器、狀態(tài)指示燈等顯示設備，方便用戶通過這些設備，及時了解逆變電源的 當前工作狀態(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院畢業(yè)設計（論文） 7 出電壓進行實時采樣， 將采樣值反饋到控制電路進行分析處理，保證輸出電壓滿足設計要求。當負載出現超負荷過載運行或者發(fā)生短路時，電源系統(tǒng)會檢測到這一故障，并及時做出保護處理，避免電源遭受損壞。其工作狀態(tài)之間的轉換都是以市電的正常與否為依據，進行自動快速切換。 全橋逆變開關器件的驅動 基于全橋逆變電路的工作原理， 通過 UC3524S 雙端輸出驅動器產生特定頻率的驅動信號，控制逆變電路中開關器件的導通和關斷。輸出電壓再次為零。到 t2 時刻 VT1 和 VT2 柵極信號反向，