500W单相逆变电源

1、2011届毕业设计任务书一、 课题名称：500W单相逆变电源二、指导教师：三、设计内容与要求1、 课题概述单相逆变电源是将直流电逆变成单相交流电，可将车载蓄电池逆变成交流电为用电器提供交流电，也可作为计算机的UPS电源。该单相逆变电源先将直流电通过输入逆变电路逆变成交流电，然后用高频变压器升压；升压后的交流电整流后再通过输出逆变电路进行SPWM调节，使输出为工频220V正弦波电压。输入逆变电路控制采用专用芯片，输出逆变电路SPWM控制及逆变电源的各种保护采用单片机控制。当蓄电池的电压过高或过低时逆变电源将停止工作并灯光指示报警，保护逆变电源和蓄电池；当蓄电池的电压在正常范围内波动时，输出电压不

2、变；当输出电流过大时，单片机将停止SPWM输出，保护电源的器件。2、 设计内容与要求设计内容：（1）逆变电源的输入逆变主电路的设计；（2）逆变电源的输出逆变主电路的设计；（3）MOSFET器件的选择及驱动与保护电路设计；（4）PWM控制电路的设计；（5）电流及电压检测电路；（6）单片机控制电路及程序编写（流程图）；（7）其它辅助保护功能等设计。设计要求：（1）画出系统各环节电路图；（2）系统各环节的原理介绍；（3）系统各环节的元件参数计算及选择；（4）元件明细表；（5）程序流程图。四、设计参考书1、新型半导体器件及其应用实例 电子工业出版社2、现代逆变技术及其应用 科学出版社3、新型开关电源设

3、计与应用 科学出版社 4、电子变压器手册 辽宁科学技术出版社5、半导体变流技术 机械工业出版社6、电力电子设备设计和应用手册 机械工业出版社 7、基于C语言编程MCS-51单片机原理及应用 清华大学版社8、自动检测技术 湖南铁道职业技术学院9、相关网站五、设计说明书要求1、 封面2、 目录3、 内容摘要(200400字左右，中英文)4、 引言5、 正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、 结束语7、 附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、毕业设计进程安排(小四、宋体)12周：布置任务，弄懂设计要求及原理。34周：镇流器整流主电路的设计，逆变主电路的设

4、计，MOSFET驱动保护设计。58周：分析控制电路的工作原理，设计硬件系统，画出硬件电路。910周：全面整理书写毕业论文10周：写出毕业答辩提纲，进行毕业答辩。七、毕业设计答辩及论文要求(小四、宋体)1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力

5、。2、毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘要根据无源逆变的实用原理，采用单相全桥逆变电路工作方式，实现把直流电源（12v）转换成交流电源（220V，50HZ），并对负载进行供电。达到的性能要求就是转换出稳定的工频电源，供给一些电器如灯，音像等使用。并且介绍了SG3525的功能及产生SPWM波

6、的方法，对逆变器的控制及保护电路作了详细的介绍，给出了输出电压波形的结果。在电路的设计中，运用了电流保护，电压保护，空载检测和死区时间的设置。使电路中最终能够得到稳定的单相220V交流电供电，电路中主要是运用单片机的控制，当蓄电池的电压过高或过低时逆变电源将停止工作，保护逆变电源和蓄电池；当蓄电池的电压在正常范围内波动时，输出电压不变；当输出电流过大时，单片机将停止SPWM输出，保护电源的器件使负载正常运行。关键字：逆变，保护电路Abstract Inverter based on the practical principle of passive, single-phase full-br

7、idge inverter circuit means to achieve the DC power supply (12v) into AC power (220V, 50HZ), and load power supply. Performance requirements is converted to a stable frequency power supply of a number of electrical appliances such as lights, audio-video use. And introduced the SG3525 features and ge

8、nerate SPWM waves method, inverter control and protection circuit were described in detail, given the results of the output voltage waveform. In circuit design, the use of the current protection, voltage protection, load detection and dead time setting. The circuit can be stable in the final single-

9、phase 220V AC power supply, the circuit is to use the main control of the microcontroller, when the battery voltage is too high or too low, the inverter will stop work to protect the power inverter and battery; when the battery voltage fluctuations within the normal range, the output voltage constan

10、t; when the output current is too large, the microcontroller will stop SPWM output to protect the power of the device to load properly. Keywords: inverter, protection circuits目录一、绪论1二、总体方案的确定 1 1总体介绍1 三、具体电路设计 2 3.1 系统基本原理23.2 系统结构及框架 3 3.3 直交直交功率变换形式4 3.4 DCAC变换器的方案4 3.5 输出整流滤波电路5四、SPWM输出逆变，逆变电源主电路

11、分析174.1 输出逆变主电路图174.2 SPWM波的实现184.3 STC系列单片机24五、高频变压器设计125.1 变压器的结构125.2 变压器的计算15六、PWM控制芯片 SG35256 6.1 其内部结构和原理图76.2 各部分的功能96.3 SG3525的工作原理10七、三极管元件选择25八、保护电路的设计26九、死区的时间的设置与实现 29总结31感谢信32四、参考文献33绪论一、课题概述 单相逆变电源是将直流电逆变成单相交流电，可将车载蓄电池逆变成交流电为用电器提供交流电，也可作为计算机的UPS电源。该单相逆变电源先将直流电通过输入逆变电路逆变成交流电，然后用高频变压器升压；

12、升压后的交流电整流后再通过输出逆变电路进行SPWM调节，使输出为工频220V正弦波电压。输入逆变电路控制采用专用芯片，输出逆变电路SPWM控制及逆变电源的各种保护采用单片机控制。当蓄电池的电压过高或过低时逆变电源将停止工作并灯光指示报警，保护逆变电源和蓄电池；当蓄电池的电压在正常范围内波动时，输出电压不变；当输出电流过大时，单片机将停止SPWM输出，保护电源的器件。二、 总体方案的确定 1、总体介绍：电源是电子设备的动力部分,是一种通用性很强的电子产品。它在各个行业及日常生活中得到了广泛的应用，其质量的好坏极大地影响着电子设备的可靠性,其转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应用范围。

13、在逆变电源的发展方向上，轻量、小型、高效是其所追求的目标。本文所介绍的逆变电源电路主要采用集成化芯片,使得电路结构简单、性能稳定、成本较低。因此,这种电路是一种控制简单、可靠性较高、性能较好的电路。2、经济性好： 通过把12V的蓄电池电源转换为工频使用电源，用于内部的电器，是一种简单，廉价的方式。主电路设计中采用了简单的逆变电路，过压过流保护电路，以及几款简单的芯片。经济性能良好，使用方便。就本系统的性能稳定性而言，由于未设计复杂的电路进行干扰的情况。并且输出稳定，价格优良，是一款性价比很高的系统。三、具体电路的分析31 系统基本原理本逆变电源输入端为蓄电池（12V，容量90Ah），输出端为工

14、频方波电压（50Hz，220V）。其结构框图如图1所示3.2 系统结构及框架3.3 直-交-直-交功率变换形式由于高频开关变换技术的成熟和廉价化。现在，逆变器的主要电路形式已经准变为直-交-直-交功率变换形式。即先将直流电转化为高频交流电，以利于减小变压器的体积；经过变压器的电压转换和隔离，从而获得到所需要的电压等级和隔离要求；由于输出要求是50Hz正弦交流电，需要将高频交流电转化为50Hz交流电，所以通常的方法是将高频交流电整流成直流电；再利用50Hz逆变技术将直流电转换为所需要的50Hz正弦交流电。直-交-直-交功率变换形式的原理框图如图19-6。图19-6 直-交-直-交功率变换形式的原

15、理框图从图中看到似乎这种解决方案过于复杂，但是由于每个功能单元的体积与成本均很低，而且技术成熟、效率非常高，这种解决方案最终还是最佳的。3.4 DC-AC变换器的方案推挽电路是两不同极性晶体管输出电路无输出变压器（有OTL、OCL等）。是两个参数相同的功率BJT 管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。3.5输出整流滤波电路输出整流器可以采用最常见的单相桥式整流电路，可以选择MUR460超快恢复二极管构成的单相桥式整流电路。输出滤波电路可以

16、采用LC滤波电路结构。整个输出整流滤波电路如图19-20。图19-20 输出整流滤波电路考虑后面的50Hz逆变器的纹波电流，输出滤波电容器应选用ESR低的聚酯电容器，电容量为3.3F+3.3F；输出滤波电感可以选用EI25磁芯，用0.47mm漆包线绕70100匝，磁路留0.5mm左右的气隙即可。四 SPWM输出逆变 逆变电源主电路分析4.1 输出逆变主电路图：4.2 SPWM波的实现4.21 SPWM波的原理 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉

17、冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。图2.3.1 与正弦波等效的矩形脉冲序列波形 1 正弦脉宽调制技术SPWM SPWM控制方案有两种：即单极性调制和双极性调制法。单极性法所得的SPWM信号有正、负和0三种电平，而双极性得到的只有正、负两种电平。比较二者生成的SPWM波可知：在相同载波比情况下，生成的双极性SPWM波所含谐波量较大；并且在正弦逆变电源控制中，双极性SPWM波控制较复杂。因此一般采用单极性SPWM波控制的形式。 由单片机实现SPWM控制，根据其软件化方法的不同，有如下几种方法：自然采样法、对称规则法、不对称规则法和面积等效法等。理论分析发现面积等效法

18、相对于其它方法而言，谐波较小，对谐波的抑制能力较强。而且实时控制简单，利于软件实现。因此本文采用面积等效法实现SPWM控制。 图l为SPWM面积等效法原理示意图。 假设所需的输出正弦电压为U0=Umsint，式中：Um为正弦波幅值。利用面积等效法正弦波小块面积S1与对应脉冲面积S2相等的原则，将正弦波的正半周分为N等分，则每一等分的宽度为兀N，计算出半个周期内N个不同的脉宽值。相关公式如下： 正弦波S1面积为： 逆变器输入直流电压为UD，脉冲面积S2与S1相等，即有： 所以第k个区间的脉冲宽度k 式中：M为调制度。N为半个周期内的脉冲个数。综合考虑载波比、输出谐波等因素，在此N取60。由上式计

19、算出的SPWM脉宽表是一个由窄到宽、再由宽到窄的60个值的正弦表，将其存入STC单片机的ROM中以供调用。4.22 STC系列单片机生成SPWM波原理 STC系列单片机简介 STCl2系列单片机是美国STC公司在8051单片机标准的内核基础上改进推出的一个增强型功能的8051的单片机，从引脚到指令上完全与8051单片机兼容。最突出的特点就是其具有可编程计数器阵列PCA。以STCl2C5410AD为例，有四路可编程计数器阵列PCAPWM。PCA含有一个特殊的16位定时器，有4个16位的捕获比较模块与之相连。四个模块的公共时间基准由PCA定时器决定，可以通过PCA模式寄存器CMOD SFR的CPS

20、l和CPS0位确定。每个模块可编程工作在4种模式下：上升下降沿捕获、软件定时器、高速输出或PWM脉冲输出。文中SPWM生成功能主要靠PWM脉冲输出模式完成。图2即为PCA模块脉宽调节PWM输出模式框图。 在PCA PWM输出模式中，当CLSFR的值小于EPCnL，CCAPnL时，输出为低，当PCA CL SFR的值等于或大于EPCnH，CCAPnH时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，EPCnH，CCAPnH的内容装载到EPCnL，CCAPnL中。这样就实现了无干扰的更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。本文中，SPWM波形是综合使用了模

21、块O的脉宽调节(PWM)模式和模块1的16位软件定时器模式，通过软件中断的形式实现的。 与此同时，STCl2C54lO单片机还具有快速AD转换功能。有一个lO位精度、8路通道的AD转换器。可以方便的对输入、输出的电压、电流进行监控和显示。4.23 SPWM波生成方法 利用STC系列单片机产生SPWM波的基本原理是：将载波周期数值赋给PCA模块l的16位捕获比较模块寄存器CCAPlH(高8位)和CCAPlL(低8位)，PCA定时器的值CH(高八位)、CL(低八位)与模块捕获寄存器的值相比较，当两者相等时，产生PCA中断。在中断中，调用模块0的PWM脉宽调节模式，将下一个SPWM波的脉宽通过CCA

22、P0H装载到CCAPOL中，这样就可以实现无干扰的更新PWM。 图3中即为由软件实时计算好的一路单极性SPWM波形的脉宽示意图。在每个固定的载波周期内，不同脉宽数值组成一个正弦表格的形式。若选用模块O(P37)输出此路SPWM，首先将模块0的PCA模块工作模式寄存器定义为8位PWM模式，将16位计数器定时器CH、CL清零，PCA PWM模式辅助寄存器O清零(保证捕获寄存器EPCOH(高八位)、EPC0L(低八位)固定为零，PWM波比较的数值只与PCA模块0的捕获寄存器CCAPOH(高八位)、CC2APOL(低八位)有关)，模块l的捕获寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入载波

23、周期的高八位和第八位数值，PCA比较捕获模块寄存器1(CAPMl)定义为使能比较功能，允许匹配产生中断。将第一个脉宽值sin0装入CCAP0H，开PCA模块中断及低压检测中断，开总中断，启动PCA计数。当16位计数器定时器的数值与模块1中捕获比较寄存器的数值相等时，产生一个CCF中断；在中断程序中，清中断标志位，重新给模块1的捕获寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入载波周期的高八位和第八位数值，将16位计数器定时器CH、CL清零，中断次数i加1，将下一个脉宽数值sini装入CCAPOH以备比较。同时判断是否到达最大数值N，若是，中断次数i清零，同时将脉宽数sini值送入CC

24、AP0H，完成一个循环。这样，周而复始，在P37引脚上将不断产生随着正弦规律变化的脉宽，从而得到准确的SPWM波。 4.24 软件设计 程序编写采用KeilC51编程语言进行，整个程序由主程序和键盘中断子程序以及PCA中断子程序组成。主程序在系统初始化后进入SPwM脉宽计算程序，计算相应的脉冲宽度，形成正弦表格，等待中断标志位以响应不同的中断。由于SPWM波是不断输出的，必须将PCA中断级别设置为最高。一旦有PCA中断标志位，即转入执行其中断子程序。图4为PCA中断子程序流程图。在中断服务程序中，注意CCF1位和CF标志位均由硬件置位，但不能自动清零，必须在中断程序中由软件清零。 与此同时，系

25、统可以响应键盘中断子程序，由键盘控制通过液晶显示屏监控输出电压、电流的变化情况等。 根据上述设计思路及编写的软件，用MIC442l驱动器驱动四个MOSFET器件FQAl60N08组成的逆变桥上进行实际调试。图5为由单片机STCl2C5410输出的两路互补(有一定死区时间)单极性SPWM波。用这两路互补信号直接驱动芯片MIC4421，其输出信号再分别驱动逆变桥，经低通滤波后的波形如图6所示。 此方法电路结构简单，硬件设计和软件编程切实可行。采用在线计算和查表技术相结合，较好的解决了实时控制的要求。同时采用单片机作为控制器件，不仅成本降低，而且调试方便，受外界干扰较小，有很好的实用性和可靠性。五

26、高频变压器设计5.1 变压器的结构变压器是隔离型变换器的主要元件之一，其性能指标的好与坏将直接影响整个电路的性能，因此，在设计变压器时应该细心设计为好。在变压器制作中需要在确保变压器的绝缘电压的基础上尽可能的减小变压器漏感。5.11 变压器的结构对变压器性能的影响变压器的最主要作用是隔离，电器隔离性能应符合电气安全规则的要求。为了满足电器安全规则的要求，通常要在变压器的初次级之间留有不低于3mm的绝缘边距（爬电距离），如图19-14所示的边沿空隙的方法。边沿空隙方法（Margin Wound）-是在骨架边沿留有不绕线的余留，以提供所需的绝缘边距要求。图19-14 变压器的边沿空隙绕制方式的结构

27、示意这种方法一直得到比较普遍的应用，其主要原因是绕变压器的漆包线的绝缘强度不能满足电气安全规则的要求，特别是漆包线漆皮的针孔。这种方法的最大缺点是变压器的绕线空间的浪费和变压器漏感的增加，尤其是小变压器尤为严重，如EE16磁芯绕线框架仅有约8mm的绕线宽度，如果扣除3mm的边沿空隙，则有效的绕线宽度仅剩下5mm，变压器的绕线窗口的利用率大大下降，同时变压器的漏感也随之增加。不仅如此，在变压器的初次级间通常还要能承受50Hz、1500V有效值电压，这往往需要35层变压器绝缘胶带，势必要求初、次级间的耦合变差，在电气性能上的表现为变压器的漏感增加。对于50Hz变压器，漏感增加一点似乎不会出现多大问

28、题，但是高频开关电源变压器的漏感增加一点所付出的代价将是开关管的损耗明显增加甚至是变压器的漏感所产生的电压尖峰将开关管击穿！要么就是缓冲电路的损耗增加。怎样才能取消令人深恶痛绝的变压器中的边沿空隙和初次级间的绝缘？问题的关键就是改进漆包线的质量，单层绝缘的漆包线的最主要的缺陷是针孔（当然也不可否认绝缘电压可能还不够），那么在制造漆包线时可以在漆包线上多涂几次绝缘漆，这样不仅提高了绝缘电压，最主要的是彻底的消除了漆包线的漆皮上的针孔，这就是三重绝缘的漆包线。三重绝缘漆包线绕制法（Triple Insulated）-次级绕组的导线采用三重绝缘漆包线以便任意两层结合都满足电气强度要求。图19-15给

29、出三重绝缘法结构。可以看出初级充满整个骨架宽度，和辅助绕组之间仅有一层胶带，在辅助绕组上缠一层胶带以防止损坏次级绕组导线的三重绝缘层。次级绕组缠在其上，最后缠一层胶带进行保护。注意绕线和焊接时绝缘不被损坏。图19-15 三重绝缘漆包线绕制变压器的结构实际上用三重绝缘漆包线绕制变压器时，初次级之间可以不附加任何绝缘物（如绝缘胶带）同样可以保证绝缘强度。这样，变压器的绕线窗口将得到有效的利用，同时变压器的漏感也可以减小到最小。5.12 变压器的绕线方法对变压器性能的影响C型绕线方式：即折返绕制方式，这是最常用的绕线方式。图19-14示出有2层初级绕组的C型绕线。C型绕线容易实现且成本低，但是导致初

30、级绕组间电容增加。可以看出初级从骨架的一边绕到另一边再绕回到起始边，这是一个简单的绕线方法。Z型绕线图19-16示出有2层初级绕组的Z型绕线方式。可以看出这种方法比C型绕线复杂，但是减少了绕组的寄生电容。图19-16变压器初级的C型绕法 图19-17 变压器初级的Z型绕法初次级内外绕制方法：图19-16、图19-17均为变压器的初级绕在内侧，次级绕在外侧的绕制方式，这种绕制方式的优点是简单，而且通常变压器的初级绕组的线径细、次级线径粗，细线绕在里边绕制起来比较容易。但是，这种绕法的最大缺点是变压器的漏感大，变压器漏感在开关过程中需要将漏感中的储能完全释放，通常会产生比较高的尖峰电压，对开关管的

31、冲击比较大。这个冲击在反激式开关电源中尤为明显。这个变压器漏感的储能必然消耗在缓冲电路或箝位电路，漏感越大，需要的缓冲电路越大，所产生的损耗越大，降低了开关电源的效率。因此，应该选择变压器漏感比较小的绕制方法。最常见的是初级分成两段，分别绕在次级的内测和外侧，如图19-18。图19-18 变压器初级分开绕制示意图另一方面把初级绕组分开绕制的方法也可以减少漏电感。分开的初级绕组是最里边第一层绕组，第二层初级绕在外边。这需要骨架有空余引脚让初级绕组的中心点连接其上，这对改善耦合有意义。如果变压器得出次级间要求的绝缘电压不高或采用绝缘电压高的漆包线，则可以采用变压器漏感最小的绕法，即初次级绕组绞在一

32、起绕。这样初次级绕组所约束的磁力线大致重合，使变压器漏感达到最小。如果是推挽式逆变器，则仅仅需要变压器的两个初级之间的漏感达到最小即六、PWM控制芯片SG3525 随着电能变换技术的发展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通 用半导体公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET其产品一推出就受到广泛好评。SG3525系列PWM控制器分军品、工业品、民品三个等级。下面我们对SG3525特点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行介绍。 SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来

33、调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。 6.1 结构和原理框图：1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9

34、）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。 9.Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈

35、网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 11.Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。 12.Ground(引脚12)：信号地。 13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。 14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。 16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准其中，脚16 为SG3525 的基准电压源输

36、出，精度可以达到（5.11）V，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。脚5，脚6，脚7 内有一个双门限比较器，内电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB 左右。特点如下： （1）工作电压范围宽：835V。 （2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。 （3）振荡器工作频率范围宽：100Hz400KHz. （4）具有振荡器外部同步功能。 （5）死区时间可调。 （6）内置软启动电路。 （7）具有输入欠电压锁定功能。 （8）

37、具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。 （9）逐个脉冲关断。 （10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。 6.2 各部分功能：a 基准电压源: 基准电压源是一个三端稳压电路，其输入电压VCC 可在（835）V 内变化，通常采用+15V，其输出电压VST5.1V，精度1%，采用温度补偿，作为芯片内部电路的电源，也可为芯片外围电路提供标准电源，向外输出电流可达400mA，没有过流保护电路。b 振荡电路： 由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压VH=3.9 V，低门限电压VL=0.9,内部横流源向CT 充电，其端压VC 线性上升，构成锯齿波的上升沿，当VC=VH时比较器动作，充电过程结束

38、，上升时间t1 为：t1= 0.67RTCT 比较器动作时使放电电路接通，CT 放电，VC 下降并形成锯齿波的下降沿，当VC=VL时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间间t2 为：t2=1.3RDCT注意：此时间即为死区时间 锯齿波的基本周期T 为:T=t1+t2=(0.67RT+1.3RD)CT因为RDRT = t2 t1 由上可见锯齿波的上升沿远长于下降沿，因此上升沿作为工作沿，下降沿作为回扫沿。c 误差放大器：由两级差分放大器构成，其直流开环放大倍数为80dB 左右，电压反馈信号uf 从端子1 接至放大器反相输入端，放大器同相输入端接基准电压。该误差放大器共模输入电压范围

39、是1.5V-5.2V。d PWM 信号产生及分相电路： 比较器的反相端接误差放大器的输出信号ue，而振荡器的输出信号uc 则加到比较器的同相输入端，比较器的输出信号为PWM 信号，该信号经锁存器锁存，分相电路由二进制计数器和两个或非门构成，其输入信号为振荡器的时钟信号，并用时钟信号的前沿触发，输出为频率减半的互补方波，这些方波和PWM 信号输入到或非门逻辑电路。其结果是，所有的输入为负时，输出为正。这样P1、P2的输出每半周期交替为正，其宽度和PWM 信号的负脉冲相等。脉冲很窄的时钟信号输入到逻辑或非门电路，可使两个门的输出同时有一段低电平，以产生死区时间。e 脉冲输出级电路:输出末级采用推挽

40、输出电路，驱动场效应功率管时关断速度更快.11 脚和14 脚相位相差180，拉电流和灌电流峰值达200mA。由于存在开闭滞后，使输出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，起持续时间约为100ns。可以在13 脚处接一个约0.1uf 的电容滤去电压尖峰。图2 3525 各点工作波形6.3 SG3525的工作原理 SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死

41、区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。 SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，

42、误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输

43、入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。 此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。 6.3 STC系列单片机6.31 STC系列单片机优点1.性价比高 采用STC12系列单片机可以省掉复位电路、外部数据存储器(如24Cxx系列芯片)，某些场合还可以省掉晶振，电路简单、价格低廉。2.速度快STC12系列单片机为单时钟机器周期(1T)，一些指令执行速度是传统8051的24倍，最低的也是3倍。3.安全性好 目前，很难破译STC12系列单片机加密程序，加之用户数据可以保存到单片机内部

44、，解密者很难通过用户数据分析单片机的运行状况。4.可以直接代替8051针对传统8051单片机开发的程序，可以直接用于STC12系列单片机，无须重新编写。6.32 STC12的介绍(1) STC12系列单片机的典型结构STC 12系列单片机是宏晶科技公司新的低功耗16位Flash单片机，它的16级中断、高效寻址方式、10K大容量Flash, EEPROM, A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器(PWM)等功能特点，较好的实现了强大的功能与超低功耗的结合，因此具有很好的性价比和应用适应性。STC12系列有6种型号:分别是STC12C5412AD, STC12C5410AD,STC12C5408A

45、D、STC 12C5406AD、STC 12C5404AD、和STC 12C5402AD。它们区别在于Flash的容量大小，本设计所用到的STC12C5412AD的Flash容量为10K。该单片机的管脚结构如图3-15所示。 (2)基本配置STC12C5412AD单片机除了具有STC12系列单片机共有特点外，还具有一些自身特点，对其一些基本配置做以介绍:1.Flash存储器STC12C5412AD Flash存储器为l 0KB。Flash存储器主要用作程序存储，可经计算机串口接口下载程序;程序运行时能对其中的1段或多段进行擦/写操作，因此兼有数据存储器功能。Flash可用于程序数据保存，实现掉

46、电保护，Flash存储器可以按字或字节读写，最小擦除单位为1段，经过擦除的位为“1，写入位为“0”。2.脉宽调节模式(PWM)所有PCA模块都可用作PMW输出。输出频率取决于PCA定时器的时钟源。由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所有它们的输出频率相同。各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器EPCnL,CCAPnL有关。当CL SFR的值小于EPCnL, CCAPnL时，输出为低，当PCA CL SFR的值等于或大于EPCnL, CCAPnL时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，EPCnH, CCAPnH的内容装载到EPCnL,CCAPnL中。这样就可实现无干扰地更新P

47、WM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。3.I/O口工作类型设置STC12C5412AD带有24个I/O引脚，它的I/O与传统的I/O不同，每个I/O口均可由软件设置成4种工作类型之一，使得功能口和通用I/O口复用。4种类型分别为:准双向口(标准8051输出模式)、推挽输出、仅为输入(高阻)和开漏输出功能。在对同一个I/O口进行操作前要选择其要实现的功能，这样大大地增强了端口的功能和灵活性。其中一些I/O口还可以与STC12C5410AD中的特殊模块相结合完成更为复杂的工作。如与捕获比较模块相结合可以实现串行通信，与A/D模块结合实现A/D转换等。此外，

48、STC12C5410AD的I/O端口电气特性也十分突出，几乎所有的I/O口都有6mA的驱动能力，对于一般的液晶显示屏、蜂鸣器可以直接驱动而无需辅助电路。许多端口内部都集成了上拉电阻，可以方便地与外围器件相接4. AD模数转换寄存器STC12C5412AD单片机的A/D转换口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D转换器，STC12C5410AD系列是12位精度的A/D，速度均可达到100KHz。8路电压输入型A/D，可以完成温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等功能。上电复位后P1口是弱上拉型的I/O口，可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用

49、的口可继续作为I/O口使用。这样，A/D转换和I/O口可以灵活的运用，节省了软件及时间。八 保护电路的设计8.1电流检测电路的设计图2.5.4是电流检测电路，通过电流互感器采样输出电流，通过一个390的电阻转化成电压值，在用AD采样进单片机,由12864液晶显示电流。8.2过流保护电路的设计过流保护电路如图2.5.1所示。此电路是过流保护电路，其中100k电阻用来限流，通过比较器LM311对电流互感器采样转化的电压进行比较，LM311的3脚接一10k电位器来调比较基准电压，输出后接一100的电阻限流它与后面的220F的电容形成保护时间控制。当电流过流时比较器输出是高电平产生保护，使SPWM不输

50、出，控制场效应管关闭，等故障消除，比较器输出低电平，逆变器又自动恢复工作。图2.5.1 过流保护电路图8.3空载检测电路的设计 空载检测电路图如图2.5.2所示。使用电流互感器检测电流输出，当没有电流输出时，使三极管截止 ，从而使RS_CK为高电平，停止输出SPWM波。8s后，再输出一组SPWM，若仍为空载，则继续上述过程。若有电流输出，使导通，从而使RS_CK为低电平，连续输出SPWM波形，逆变器正常工作。图2.5.2 空载检测电路图8.4浪涌短路保护电路的设计浪涌短路保护电路原理图如图2.5.3所示。此电路是短路保护电路，用0.1进行采样电压，通过470k电阻得到电流，此电流流过光电耦合器

51、，当电流高于光藕内二级管导通电流时光藕输出端导通，U3990的10脚变成低电平，使SPWM波不输出，关闭场效应管，形成保护，此过程非常快，当故障排除后，光电耦合器输出关断，逆变器正常工作。图2.5.3 浪涌短路保护电路原理图九 死区时间的设置与实现死区时间设置电路最好用硬件电路实现为好。通常也可以采用两种实现方式，通过逻辑电路延迟实现死区时间的设置，也可以采用比较器电路通过延迟实现死区时间的设置。对于标准电平的MOSFET，在一般的情况下死区时间应选择小于1s，在本试题的解决方案中，考虑到种种因素，驱动MOSFET的速度可能不需要很高，因此，死区时间也应设置的大一些，如选择23s。每个桥臂的上

52、下两组驱动信号的死区设置电路可以用两种电路方式实现，通过逻辑电路延迟实现死区时间的设置和采用比较器电路通过延迟实现死区时间的设置。每个上下桥臂的带有死区时间的驱动信号对应的时序如图19-27。图19-27 每个上下桥臂的带有死区时间的驱动信号对应的时序图中，A、vHIN1、vLIN1、td分别为高边脉宽调制输出、低边脉宽调制输出、驱动电路高边输入、驱动电路低边输入、死区时间。通过死区时间的设置，保证了在“死区时间”内，高、低边驱动信号均为零，确保消除共同导通现象。很明显，获得死区时间的简单方法是驱动信号的下降沿不延迟，只延迟驱动信号的上升沿。这样，死区时间设置电路就可以通过数字电路或比较器实现

53、。通过数字电路延迟实现死区时间的设置如图19-28。图19-28 通过数字电路延迟实现死区时间的设置由于死区时间设置电路送到驱动电路是负逻辑信号，即低电平有效。死区设置电路输出需要延迟的是由高电平向低电平转换的延迟，对应的死区设置电路的输入延迟为由低电平向高电平转换过程。 电路参数的确定：图中数值电路可以采用4000系列的CD40106中的一个单元；死区时间选择23s，可以按RC时间常数2s设置，可以选电阻R2.2k，电容器C选1nF，电容器应选用低温度系数介质，如聚酯电容器、C0G介质的陶瓷电容器等。二极管选1N4148。采用比较器电路通过延迟实现死区时间的设置如图19-29。图19-29 采用比较器电路通过延迟实现死区时间的设置电路参数的确定：R1选2.2k，R2、R3选10k，电容器C选1nF，比较器选LM33总结这个课题只要是将一个12v的直流电通过输入逆变电路逆变