【正文】 換到逆變輸出，給負(fù)載持續(xù)供電。為使逆變電源輸出穩(wěn)壓恒頻的交流電，逆變電源對(duì)輸出電壓實(shí)時(shí)進(jìn)行采樣，將采樣值反饋給逆變驅(qū)動(dòng)器，即整個(gè)逆變過程是閉環(huán)控制，保證電能質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 逆變電源的工作原理逆變電源有兩種工作狀態(tài)：a、旁路狀態(tài)，即市電正常時(shí)；b、逆變狀態(tài)，即市電斷電時(shí)。當(dāng)市電斷電時(shí)，逆變電源工作在逆變狀態(tài)，即將蓄電池的直流電逆變成220V/50Hz的交流電，逆變輸出給負(fù)載供電。 逆變電源的逆變電路及控制方案 逆變電路半橋逆變電路半橋逆變電路原理圖如圖12所示，它有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管并聯(lián)組成。負(fù)載連接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。其缺點(diǎn)是輸出交流電壓Um的幅值為僅為直流電壓Ud的幅值的一半，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作是還要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡。全橋逆變電路全橋逆變電路原理圖如圖13所示，它共有四個(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組而成。與半橋逆變相比，全橋逆變輸出電壓Um的幅值高出一倍，即Um=Ud。該電路的輸出電壓波形和幅值與全橋電路完全相同，優(yōu)點(diǎn)在于比全橋電路少用了一半的開關(guān)器件，缺點(diǎn)是開關(guān)器件承受的電壓為2Ud，比全橋電路高出一倍，且必須有一個(gè)帶中心抽頭的變壓器。 逆變電路的驅(qū)動(dòng)控制全橋逆變電路工作原理如圖13所示，設(shè)在t1時(shí)刻前VT1和VT4導(dǎo)通，輸出負(fù)載電壓為Ud，t1時(shí)刻VT3和VT4柵極信號(hào)反向，VT4截止，而因負(fù)載電感中的電流不能突變，VT3不能立刻導(dǎo)通，D3導(dǎo)通續(xù)流。到t2時(shí)刻VT1和VT2柵極信號(hào)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，VT2和VT3導(dǎo)通，輸出電壓仍為Ud。輸出電壓再次為零。全橋逆變開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)基于全橋逆變電路的工作原理，通過UC3524S雙端輸出驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生特定頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變電路中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。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(dòng)快速切換。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(huì)檢測(cè)到這一故障，并及時(shí)做出保護(hù)處理，避免電源遭受損壞。為保證輸出電壓幅值的穩(wěn)定，電源控制電路對(duì)逆變輸出電壓進(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。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)。蓄電池電量監(jiān)測(cè)。 逆變電源技術(shù)特性逆變電源工作的穩(wěn)定性對(duì)逆變電源的性能提升至關(guān)重要。雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC3524產(chǎn)生逆變電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。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。圖形液晶顯示特性，12864圖形液晶，液晶控制器ST7920，ST7920對(duì)控制器送來的信號(hào)進(jìn)行鎖存后，再將信號(hào)送入圖形液晶顯示，提高顯示的穩(wěn)定性可視性。可在單5V 電源下工作，接受0－5V 的模擬輸入。 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。保護(hù)及檢測(cè)反饋部分。蓄電池電量監(jiān)測(cè)使用了串行12位模數(shù)芯片MAX187。微機(jī)部分。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(cè)圖15 逆變電源結(jié)構(gòu)原理圖第2章 逆變電源硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 逆變橋驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單，十分利于電路的開發(fā)設(shè)計(jì)。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?xí)?dǎo)致逆變失敗或短路嚴(yán)重的電路故障。鑒于此，集成驅(qū)動(dòng)器無疑是最優(yōu)選擇。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。配有兩路驅(qū)動(dòng)脈沖輸出，分別用于逆變橋個(gè)橋臂控制。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)。UC3524內(nèi)部振蕩周期T=RTCT，電容CT的取值范圍是1000pF~，~100kΩ，最高振蕩頻率300kHz。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(dòng)器的輸出頻率。 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)。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(chǎng)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(chǎng)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(dòng)電路簡(jiǎn)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。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。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。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。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(duì)其安全不利，使用中12VUGE18V為宜。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?？焖匍_通和關(guān)斷有利于提高工作頻率， 減小開關(guān)損耗。③IGBT 開通后， 驅(qū)動(dòng)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。RG 較大， 有利于抑制IGBT 的電流上升率及電壓上升率， 但會(huì)增加IGBT 的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗；RG 較小，會(huì)引起電流上升率增大，使IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。本設(shè)計(jì)中RG選阻值為15Ω的電阻。此外，在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動(dòng)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。驅(qū)動(dòng)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)。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。再達(dá)林頓組合前，再加一級(jí)射極輸出放大。IGBT最高耐壓值1300V，最大工作電流50A。選擇雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC3524作為脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。UC3524內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖23。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(hào)，控制逆變橋工作，同時(shí)逆變電源輸出反饋信號(hào)經(jīng)反饋電路處理后反饋給UC3524。表21 UC3524引腳功能引腳號(hào)引腳功能1內(nèi)部差分放大器EA的反相輸入端。3內(nèi)部振動(dòng)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R3C22組成相位矯正電路10PWM脈沖輸出控制端，輸入高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖被關(guān)斷114內(nèi)部兩路驅(qū)動(dòng)級(jí)NPN管發(fā)射極引出端113內(nèi)部兩路驅(qū)動(dòng)級(jí)NPN管集電極引出端15直流電源輸入端（12~28V）165V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。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，根據(jù)T=RTCT，可求得，RT=100kΩ。5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻R3R42進(jìn)行1:2分壓后，作為誤差檢測(cè)電壓接入內(nèi)部差分放大器同相輸入端。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(huì)造成短路，導(dǎo)致?lián)Q流失敗。為確保逆變輸出交流電壓幅值穩(wěn)定，對(duì)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)部差分放大器反相輸入端。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，脈沖占空比為45%；，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(dòng)脈沖輸出。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(duì)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(duì)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)R4R4R51分壓后，送人雙端驅(qū)動(dòng)器UC3524的1引腳取樣輸入端，如圖24所示。整流方式選擇正極性橋式整流，整流器件采用整流二極管。濾波電路采用形LC濾波電路，LC濾波電路中，濾波電感L對(duì)主流壓降很小，而對(duì)交流成分而言，電感L的感抗很大，對(duì)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。圖25 逆變輸出采樣電路 負(fù)載供電自動(dòng)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。負(fù)載供電自動(dòng)切換電路完成負(fù)載供電在市電與逆變電源間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。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(dòng)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。考慮到該電路是在帶負(fù)載的情況下進(jìn)行電源自動(dòng)切換，切換過程中，觸頭會(huì)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，造成觸頭接觸不良而影響供電性能。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)。在逆變電源輸出端和市電接入端分別接入熔斷器FF2，作為二級(jí)保護(hù)，如圖26所示。保護(hù)電路如圖27所示。此外，還將保護(hù)信號(hào)送入微機(jī)，保護(hù)電路對(duì)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(hào)。 市電斷電監(jiān)測(cè)電路市電斷電監(jiān)測(cè)電路對(duì)市電是否正常進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)市電突然斷電時(shí)，發(fā)出斷電信號(hào)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(hào)給逆變電源。圖28 市電斷電監(jiān)測(cè)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(duì)市電運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掃描檢測(cè)。 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。電源切換控制器LTC4414LTC4414是一種功率PEFT控制器，主要用于控制電源的通、斷及自動(dòng)切換。LTC4414各引腳功能見表22。使用時(shí)需外接上拉電阻，輸出狀態(tài)信號(hào)。2CTL邏輯電平控制信號(hào)輸入端。3GND接地5NC