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1、毕 业 设 计（论文）题 目：大功率直流稳压电源系统研究系 ： 信息工程系摘 要本文针对目前国内用于电源是晶闸管静态逆变器。其逆变频率限制在8KHz以下，实际产品一般仅为1KHz左右。晶闸管静态逆变器的频率范围窄，如感应器改变时，不能进行频率调节。本文通过应用IGBT逆变器以设计大功率的直流稳压电源。本文首先介绍了所设计的大功率直流稳压电源的组成结构和控制原理，并就电源主电路、控制电路、保护电路以及控制系统软件的设计做了详细地分析。主电路系统由输入滤波整流电路、逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路组成。逆变电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构，绝缘栅双极晶体管（IGBT）具有输入阻抗
2、高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等优点。根据大功率直流稳压电源的外特性的要求，设计中使用电压、电流双闭环反馈系统来控制电源外特性，得到的电源特性既有较好的功率特性，又有外拖特性，故系统有很好的外特性。文中详细讨论了上述电路系统的设计要点及参数确定，以16位单片机80C196KC为控制核心，组成大功率直流稳压电源的控制系统。单片机通过采样电路中的电压、电流值，与给定值比较后可自动调节，同时还可显示电路中的电压、电流值，具有监控功能。所以此系统不仅具有较高的可靠性，还具有良好的工艺性能。由于使用了高频器件，整个系统具有小型化、轻量化、高效率等优点，符合现代大功率直流稳压电源的发展
3、潮流。故本系统具有较好的发展前景。关键词：大功率直流稳压电源 ；80C196KC；IGBT逆变器；微机控制系统关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。如有可能，应尽量用汉语主题词表等词表提供的规范词。不用此信息时，删除此框。ABSTRACTThis article in view of present domestic uses in the power source is the thyristor static state invertor. Its inversion frequency restriction below 8KHz, the a
4、ctual product is only about generally 1KHz. The thyristor static state invertors frequency range is narrow, if time sensor change, cannot carry on the frequency control. Developed adapted using the IGBT invertor in the high efficiency cocurrent voltage-stabilized sources development work.This articl
5、e first introduced designs the high efficiency cocurrent voltage-stabilized sources composition structure and the control principle, and on the power source main circuit, the control circuit, the protection circuit as well as the control system softwares design did have analyzed in detail.The contra
6、variant welding machine main circuit system by the input filter leveling circuit, the contravariant electric circuit, the high-frequency transformer, the output rectification filter circuit is composed. The contravariant electric circuit uses the output big IGBT entire bridge-type inversion structur
7、e, insulates the grid bipolar transistor (IGBT) to have the input impedance to be high, the working speed quick, passes condition the voltage to be low, the breakdown voltage is high, withstanding electric current big and so on merits. According to the high efficiency cocurrent voltage-stabilized so
8、urces external characteristic request, in the design uses the voltage, the electric current double closed loop feedback system control supply external characteristic, obtains the power source characteristic both has the good power characteristic, and outside has tows the characteristic, therefore th
9、e system has the very good external characteristic.The design key points and parameters are discussed in detail. high performance 16-bit micro-processor 80C196KC is adopted for control kernel. The single chip can self-regulate after comparing the given value with the voltage and current value of sam
10、pling circuit, and at the same time show the voltage and current value of circuit. Because has used the high frequency component, the overall system has merits and so on miniaturization, lightweight, high efficiency, is in keeping with the modern high efficiency cocurrent voltage-stabilized sources
11、development tidal current. Therefore this system has the good prospects.Key Words：High efficiency current voltage-stabilized source， 80C196KC， IGBT inverter， Microprocessor control systems目 录第一章 概述- 1 -1.1 电源稳定问题的提出- 1 -1.2 输出电压不稳定的因素- 1 -1.3 直流稳压电源的技术指标- 2 -1.4 稳压电源的分类- 3 -第二章 电源硬件系统设计- 5 -2.1 单片机控
12、制的直流稳压电源的总体设计- 5 -2.1.1逆变电路拓扑结构选择- 5 -2.1.2开关元件的选择- 5 -2.1.3 逆变控制方式的选择- 7 -2.2 单片机控制的直流稳压电源的总体设计- 7 -2.2.1 电源的主电路- 7 -2.2.2驱动电路- 8 -2.2.3 HL402模块的分析- 10 -2.2.4输出电路- 10 -2.2.5 直流稳压电源设计- 11 -第三章 辅助电路- 14 -3.1 纹波的抑制- 14 -3.2 电压驱动型脉宽调制器- 16 -3.3 脉冲调制工作点的选择- 17 -第四章 单片机控制系统的设计- 19 -4.1 单片机最小系统设计- 19 -4.2
13、 数模转换电路- 20 -第五章 软件设计- 21 -5.1 LED显示及A/D转换程序设计- 21 -5.2 故障处理程序- 22 -5.3 软件抗干扰措施- 22 -第六章 结论- 23 -参 考 文 献- 24 -致谢- 25 -第一章 概述1.1 电源稳定问题的提出 许多电子设备都需要良好稳定的直流供电电源，而外部提供的能源大多为交流电网电源，通常是通过火力发电、水利发电、核子发电及风力发电获得的。直流电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流电源的任务。转换后的直流电源要具有良好的稳定性，当电网或负载变化时，它能保持稳定的输出电压，并具有较低的纹波。我们通常称这种直流电
14、源为直流稳压电源。说到稳压问题可以追溯到上一个世纪爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压电源。到二十世纪初，就有了铁磁稳压电源。电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压电源。到四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压电源，至今还在应用。五十年代，随着半导体工业的飞跃发展，晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源，成了稳压电源的核心，这种局面一直维持到六十年代中期。随着电子设备的进步，电子设备开始从分立元件进入集成电路时代，体积日益减小，装机密度不断提高，规模容量逐渐增大。这种晶体管串联型常规电源难以满足形势发展的趋势日益显露。六十年代后期，科技工作者对稳压电源技术做了一
15、次新的总结，使开关电源，可控硅电源得到了快速发展。与此同时，将稳压电源的大部分元器件都集成在一块硅基片上的集成稳压电源也不断发展1。1.2 输出电压不稳定的因素电源是电子设备的重要部分，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源。因此电源越来越受到人们的重视。电子电路及电子设备对电源最基本的要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定。稳压电源的输出电压不是绝对不变的，只是变化很小。从稳压电路的原理分析，最主要的引起输出电压变化的因素有两个：一是输入电压的变化引起的输出电压的变化；另一个是输出电流的变化(由于负载变化)引起输出电压的变化。输出电压的变化很微小，但正是这个微
16、小的变化经放大后才能反馈去抵消原有的大部分变化。一般来说，稳压电路的设计首先要考虑输入电压和负载这两个因素。或者说，首先要“抵制”的是这两个因素引起的输出电压变化;也就是稳压电源稳定电压的能力首先要看输入电压的变化和负载变化引起的输出电压的变化被限制到多小的程度。当人为地保持输入电压和负载不变时，输出电压仍有变化。引起这种变化的因素很多，其中最主要的是温度的变化，电路要工作起来，元器件上就有电流通过，就要消耗功率，引起温升。取样电阻和基准源温度的变化对输出电压的影响更大3。1.3 直流稳压电源的技术指标衡量一台稳压电源的好坏，一方面要从功能角度来看，即容量大小(输出电压和输出电流)、调节范围大
17、小、效率高低等，人们称其为使用指标或性能指标;另一方面要从外观、形状、体积、重量等直观形象来看，这些称为电气指标;更重要的是要看它的质量高低，即输出电压的稳定度等，一般称为质量指标。下面重点介绍质量指标。(1)、描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标1.稳压系数 稳压系数有绝对稳压系数和相对稳压系数两种。绝对稳压系数表示负载不变而输入交流电压变化时，稳压电源输出直流电压变化量U0与出交流电压变化量Ui之比 它表示输入交流电压变化U，引起输出电压变化U0越小输出电压就越稳定。这种表示方法在工程中常常用到。相对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直流电压U0的相对变化量U0/ U0与输入交流
18、电压U，的相对变化量Ui/ U0之比。2.电压调整率电压调整率表示负载电流为额定值时输入交流电压在额定值上下变化10%时，稳压电源输出电压的相对变化量(百分数)，一般直流稳压电源的电压调整率为1%，0.1%，0.01%等。有的也可以用绝对值表示。(2)、描述负载变化对输出电压影响的技术指标1.负载调整率(也称电流调整率)在交流电源额定电压的条件下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，输出电阻(也称内阻)在额定输出电压的条件下，负载电流变化引起输出电压变化U0。(3)纹波电压(现称周期和随机漂移，用PARD表示)1.最大纹波电压在额定输出电压和额定输出电流条件下，输出纹波(包括噪
19、声)电压的绝对值大小，通常以峰值或有效值表示。2.纹波系数在额定输出电压和额定电流条件下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压U0之比。(4)温度漂移和温度系数环境温度的变化会影响元器件参数的变化，从而引起稳压电源输出电压的变化，称为温度漂移。常用温度系数表示温度漂移的大小，温度每变化1C所引起输出电压值的变化称为绝对温度系数，单位是V/C或mV/C。温度每变化1C所引起的输出电压相对变化U0r/ U0T称为相对温度系数，单位是%/C。(5)漂移稳压电源在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下，经过一定的工作时间后元器件参数的不稳定也会造成输出电压的变化，慢变化叫做漂移，快变化叫噪
20、声。在一般使用中只考虑漂移就可以了。表示漂移的方法有两种，一种是用指定时间内输出电压值的变化U0来表示;另一种是用指定时间内输出电压的相对变化Uot/Uo、来表示。考察漂移时间可以定为1分钟、10分钟、1小时、8小时或更长2。1.4 稳压电源的分类现代应用的稳压电源的种类比较多，分类方式也很多。按稳定对象分有交流稳压电源和直流稳压电源。是交流还是直流要看稳压电源的输出电压是交流还是直流。按稳定方式分，有参数稳压电源和反馈调整稳压电源。参数稳压电源电路简单，利用元件的非线性实现稳压，结构也简单。比如，用一只电阻和一只可控硅稳压管就能构成参数稳压电源。反馈调整型稳压电源是一个负反馈闭环自动调整系统
21、，它根据稳压电源的输出电压的变化量，经过取样、比较放大、再反馈给控制调整元件，使输出电压得到补偿而趋于原值，从而达到稳定。此电路较复杂，但稳定度高。按稳压电源的调整元件与负载的联接方式来分类，可以分为并联稳压电源和串联稳压电源两种。调整元件与负载并联的叫并联稳压电源或分流稳压电源，它通过改变调整管元件流过的电流的多少来适应输入电网电压的变化及负载电流的变化，以保持输出电压的稳定。这种稳压电源效率较低，只有某些专用场合才适用。调整元件与负载串联的稳压电源叫做串联稳压电源。在这种稳压电源中，调整元件串联在输入端和输出端之间，输出电压就依靠调整元件改变自身的等效电阻来维持恒定。按调整元件分，有辉光放
22、电管稳压电源，稳压管稳压电源，电子管稳压电源，晶体管稳压电源，可控硅稳压电源等。按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。所谓线性稳压，就是其调整管工作在线性放大区。这种稳压电源的主要优点是调压范围宽、稳定度高，但变换效率低;开关稳压电源的调整管工作在开关状态，主要的优越性就是变换效率高，可达70%一95%。根据需要，还可以有其他分类方法，例如集成电极输出型、发射极输出型;高压、低压;通用、专用等4。第二章 电源硬件系统设计2.1 单片机控制的直流稳压电源的总体设计2.1.1逆变电路拓扑结构选择逆变电路拓扑有推挽型、全桥、半桥等，如表2.1所示。表2.1逆变电路的比较电路参数推挽式
23、全桥式半桥式功率开关管集射极间施加电压稳态为2E,漏感引起的尖峰V 2E稳态为E,二级管相位 VE同全桥输出相同功率时集电极电流IcIc2Ic功率开关管数量242输出滤波电容数量112宜获得的输出数量大大中等由上表可以看出，要获得大容量的输出，宜选用推挽式或全桥式拓扑结构，但是推挽式电路中由于漏感引起的尖峰电压是全桥式的2倍，这给电路设计与调试带来了困难，并对开关管的耐压提出了更高的要求，因而本系统采用已被广泛应用的全桥式电路拓扑结构。2.1.2开关元件的选择逆变器中最重要的一个器件就是功率开关元件，而功率开关元件正朝着高压大容量、集成化、全控化、高频化及多功能化方向发展。从可控性来分，可以大
24、致分为半控型和全控型器件。全控型器件的开通和关断是由栅极控制，具有导通电阻小、正向压降低、开关速度快、开关损耗低、di/dt及dv/dt耐量大的优点。在逆变电源中，对功率半导体器件(尤其是开关管)有如下基本要求：1、耐电压值高；2、开关速度快，开关损耗低；3、动态特性di/dt及dv/dt耐量要高；4、耐冲击电流大，可靠工作范围大；5、热稳定性好。基于以上考虑，全控型器件是应优先考虑选用的器件。表2.2给出了达林顿GTR、功率MOSFET和IGBT三种全控型器件的特性比较。GTR开关速度较低，对di/dt有影响，而且是电流驱动方式，驱动功率较大，还存在二次击穿问题；功率MOSFET有较好的高速
25、控制性能，然而容量小，难以实现大电流，主要应用于小型和轻型设备中；IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件，它兼有MOSFET易驱动和功率晶体管电压、电流容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，在较高频率的大中功率应用中占据了主导地位。本文选用IGBT作为电路主控开关功率器件。表2.2 GTR 、MOSFET和IGBT器件名称达林顿GTR功率MOSFETIGBT开关速度100.312安全工作区小大大额定电流密度（A/)203051050100驱动功率大小小驱动方式电流电压电压高压化易难易大电流化易难易高速化难极易易饱和压降极低高低并联使用
26、较易易易对于次级整流元件，肖特基势垒二极管其正向压降很小，反向恢复时间也极短，应是首选元件，这样可以降低功耗提高电源效率。2.1.3 逆变控制方式的选择逆变技术的输出控制方式常用“时间比率控制”方式，通过改变导通时间ton和工作周期比例亦即脉冲的占空比来实现。控制方式有三种：(1)脉冲宽度调制型(PWM )：开关周期恒定，调节导通脉冲的宽度；(2)脉冲频率调制型(PFM)：导通脉冲宽度恒定，调节开关工作频率；(3)混合调制型：把PWM和PFM结合在一起。控制系统采用单片机为核心的控制系统，最方便的是PWM控制方式2.2 单片机控制的直流稳压电源的总体设计整套装置主要由电源主电路、PWM控制电路
27、、驱动电路和单片机控制电路四部分组成。下面简要介绍一下这几部分的电路功能：1)主电路及驱动电路的功能主电路用来实现输入功率到输出功率的能量转换，驱动电路用来将脉宽调制电路输出的控制脉冲转换成符合开关功率器件要求的电平和阻抗形式，同时实现主电路和控制电路之间的电气隔离，其对功率开关元件的开关时间、损耗等有着直接的影响。另外，还需要在开关器件的工作点超出安全工作区时提供保护信号。2)基本控制电路的功能基本控制电路的任务是根据单片机输出的电流给定值与实际电流反馈值的差值，通过调节输出脉冲的占空比来实现稳定的输出。3)单片机控制电路的功能为实现直流稳压电源，单片机系统控制电路用来输出其所需的电压、电流
28、。以实现设计所要求的电源的电流和电压的稳定性5。2.2.1 电源的主电路电源主电路遵循一般逆变的AC-DC-AC-DC形式，三相工频交流网路电压经过整流模块整流和滤波，得到大约540V的直流电压。该直流电压施加到由功率开关管IGBT和中频变压器组成的逆变器上。功率开关管VT1、VT2、VT3、VT4组成桥的四臂，中频变压器TI连接在它们中间，相对桥臂上的一对功率开关管VTI、VT3和VT2、VT4由栅极驱动电路以脉冲方式激励而交替地通断，将直流电压变换成20kHz的中频交变电压，中频变压器同时将大约540V电压降为24V左右的电压，然后经输出整流器整流滤波，输出直流电压6。图2-1 稳压电路2
29、.2.2驱动电路驱动电路的作用主要是对驱动信号进行功率放大，并保证一定的脉冲前沿、后沿陡度，使其有足够的能力使IGBT饱和导通。同时，驱动电路还起到控制电路与主电路的电气隔离作用和故障信号的采集作用7。根据IGBT静特性和动特性，对IGBT的驱动电路提出下列要求和条件：(1)由于是容性输入阻抗，因此IGBT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻值的放电回路12。(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门极控制电压U有足够陡降的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率使IGBT不致退出饱和而损坏。(3)门极电路的正偏电压为+12
30、V+15V，负偏电压应为-2V-10V。(4)IGBT多用于高压场合，故驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离。(5)门极驱动电路应尽可能简单、实用，具有对IGBT的自保护功能，并有较强的抗干扰能力。(6)若为大电感负载，IGBT的关断时间不宜过短，以限制尖峰电压，保护IGBT安全。大多数IGBT生产厂家为了解决IGBT的可靠性问题，都生产与其相配套的混合集成电路。根据IGBT管的型号，选用HL402（400A/600V及300A/1200V）快速型IGBT专用模块来驱动IGBT管。3IGBT的保护将IGBT用于逆变器时，应采取保护措施以防损坏器件。常用保护措施有：1）通过检出的过电流信号切
31、断门极控制信号，实现过电流保护。2）利用缓冲电路抑制并限制过量的du/dt。3）利用温度传感器检测IGBT的壳温，当超过允许温度时主电路跳闸，实现过热保护。 图2-2 驱动电路图2.2.3 HL402模块的分析HL402是17脚单列直插式结构，内置有静电屏蔽层的高速光耦合器实现信号隔离，抗干扰能力强，响应速度快，隔离电压高。它具有对IGBT进行降栅压、软关断双重保护功能，在软关断及降栅压的同时能输出报警信号，实现封锁脉冲或分断主回路的保护。它输出驱动电压幅值高，正向驱动电压可达1517V，负向偏置电压可达1012V，因而可用来直接驱动容量为400A/600V及300A/1200V以下的IGBT
32、8。VL1为带静电屏蔽的光耦合器，它用来实现与输入信号的隔离。由于它具有静电屏蔽，因而显著提高了HL402抗共模干扰的能力。图2.4中U1为脉冲放大器，S1、S2实现驱动脉冲功率放大，U2为降栅压比较器，正常情况下由于脚9输入的IGBT集电极电压VCE不高于U2的基准电压VREF，U2不翻转，S3不导通，故从脚17和脚16输入的驱动脉冲信号经S2整形后不被封锁。该驱动脉冲经S2、S2放大后提供给IGBT使其导通或关断，一旦IGBT退饱和，则脚9输入集电极电压给IGBT使其导通或关断，并且脚9输入的集电极电压采样信号VCE高于U2的基准电压VREF，比较器U2翻转输出高电平，使S3导通，由稳压管
33、DZ2将驱动器输出的栅极电压VGE降低到10V。此时，软关断定时器U3在降栅压比较器U2翻转达到设定的时间后，输出正电压使S4导通，将栅极电压软关断降到IGBT的栅射极门限电压，给IGBT提供一个负的驱动电压，保证IGBT可靠关断。2.2.4输出电路本设计的输出电压是直流低电压，具有一定的输出功率。输出电路上对高频变压器次级的高频方波电压进行整流滤波。为了获得高质量的直流输出电压，需要一些特殊的元器件，如肖特基势垒整流二极管以及存储能的电感，以产生低噪音的输出电压。1输出整流和滤波电路全桥式逆变电器的输出电路如图2.5所示，由于二极管D7、D8都给输出端提供半周期的电流，所以它们分担着相等的负
34、荷电流，它们不需要续流二极管，因为当一个二极管截止时，另一个二极管就导通起到了续流的作用。但是，对二极管的反向截止电压参数的要求就高了，它的最小值应是：2.4VoVimax / Vimin2功率整流器的特点输出电路中的整流二极管必须具有正向降低、快速恢复的特点，还应有具有足够的输出功率。普通的PN结二极管不适于作为开关使用，因为它们恢复得慢，并且效率低。在电源中，可以使用三种类型的整流二极管：1) 高效快速恢复二极管2) 高效超快恢复二极管3) 肖特基势垒整流二极管肖特基势垒整流二极管即使在大的正向电流作用下，其正向压降也很低，仅有0.4V左右。由于它具有这一优点，使得肖特基势垒整流二极管特别
35、适用于5V左右的低电压输出电路中。因为在一般情况下，低电压输出所驱动的负载电流都很大。而且随着结温的增加，其正向压降更低。肖特基势垒整流二极管的反向恢复时间是可以忽略不计的，因为此器件是多数载流子半导体器件，在器件的开关过程中，没有消除少数载流存储电荷的问题。肖特基势垒整流二极管存在着两个主要缺点：1)其反向截止电压的承受能力较低，目前的产品大约是100V。2)它们有较大的反向漏电流，使得该器件比其它类型的整流器件更容易受热。当然，这些缺点也可以通过增加瞬时过压保护电路及适应控制结温来克服。2.2.5 直流稳压电源设计1IGBT驱动器用电源每块IGBT驱动器模块(HL402)均需要一个单独电源
36、的直流稳压电源供电。有驱动器模块的内部电路结构得知，需要稳压电源提供25V直流电源，最大输出电流不大于50mA即可16。可选用最大整流电流为50mA，最大反向工作电压为100V三相桥式整流块即可。3单片机用 +5V稳压电源的设计单片机用+5V稳压电源，要求能够输出200mA电流。单片机稳压电源电路如图2-5所示：图2-5 单片机稳压电源电路 C6C70.05/250.002F2000F (2.17)实取 C6C73300F，耐压25V。通常Ud35+(34) 89V 取Ud39V。图2-6 电源的整流，逆变及保护第三章 辅助电路3.1 纹波的抑制1、开关电源纹波产生的原因开关电源的工作机理在于
37、把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关逆变成交流电,由开关变压器降压,经高频二极管整流滤波后以直流电输出。开关电源纹波产生来源的途径有以下几个：(1)低频纹波低频纹波是由于滤波电路中的电解电容容量不是足够大所造成的,由于开关电源体积的限制,电解电容的容量不可能无限制地增加,所以导致低频纹波的存在,该纹波频率随整流电路方式的不同而不同。 (2)高频纹波由于开关电源逆变桥中的开关管工作在开关状态,为了减小高频开关变压器的体积和重量,要求主开关管的开关频率越来越高,在每次主开关管的开关过程中都要产生相应的尖峰电压过冲,因此引起共模纹波,使开关电源输出电压中包含两倍于主开关管工作频率的共模纹波。(3
38、)闭环调节器引起的纹波一般开关电源要求对输出电压进行闭环控制,因此,输出端的纹波会通过反馈网络进入调节器回路,导致调节器的自激振荡,引起附加纹波,此纹波电压一般没有固定的工作频率,另外,调节器参数设计得不适当也会引起纹波。2、纹波抑制措施 (1)低频纹波的抑制低频纹波抑制有如下几种常用的方法：采用有源滤波器来降低低频纹波含量,该方法利用晶体管发射极电流是基极电流的1+倍之原理,可使在基极所接的很小容量的电容在发射极等效为一很大容量的电容。在输出端加低频滤波器,该方案是在高频开关整流电压与输出之间串入某一形式的滤波器同时滤去高频开关逆变造成的因PWM调节引起的差模纹波和整流后的低频纹波。(2)高
39、频纹波的抑制高频纹波抑制的目的是给高频纹波电压提供通路,常用的方法有以下几种:高频逆变侧与直流侧地之间增加高频耦合电容C在高频开关变压器的初级增加尖峰电压抑制网络,在开关变压器中增加屏蔽层,并将屏蔽层接地,有利于降低高频纹波电压。合理布线。降低逆变桥中开关元件与高频整流管的开关应力,共模纹波是由于开关元件通断时电路中寄生电感L的存在引起的Ldi/dt造成的,所以在开关元件上并联限制开关应力的过压吸收网络可以减小输出纹波。(3)闭环调节器参数不适当引起的纹波抑制在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大,这部分纹波可通过以下方法进行抑制。在调节器输出增加对地的补偿网络,调节
40、器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大。合理选择反馈电压值,反馈电压过大会引起调节器振荡,使输出纹波增加,反馈电压太小将使输出纹波电压不能得到很好及时的抑制。合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激,使输出纹波含量增加,过小的开环放大倍数将使输出电压稳定性变差及纹波含量增加,所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节。在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节,使延时滞后降到最小,以增加闭环调节的快速性和及时性,对抑制输出电压纹波是有益的。3、本文采取的措施在抑制低频纹波采取下图所示的低频滤波器，该方法是在高
41、频开关整流电压与输出之间串入某一形式的滤波器同时滤去高频开关逆变造成的因PWM调节引起的差模纹波和整流后的低频纹波。图中L与C1或L与C2的取值要合理选用。一般L与C1或L与C2的取值应按。式中的为开关电源逆变器的逆变频率。图3-1 低频滤波器电路图3.2 电压驱动型脉宽调制器TL494的特点与功能：TL494是电压驱动型脉宽调制器，可显示器、计算机等系统。作为开关电源电路，TL494的输出三极管可接成共发射极及射极跟随器两种方式，因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式，在推挽输出方式时，它的两路驱动脉冲相差180度，而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同频同相。2脚分别为误差比较放大器的同相输入
42、端和反相输入端。3脚为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端，输出时表现为输出控制特性，也就是就在两个放大器中，输出幅度大者起作用。当3脚的电平变高时，TL494送出的驱动脉冲宽度变窄，当3脚电平低时，驱动脉冲宽度变宽。4脚为死区电平控制端，从4脚加入死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制，使其不超过180度，这样可以保护开关电源电路中的三极管。5、6脚分别用于外接振荡电阻和电容。7脚为接地端。8、9脚和11、脚分别为TL494内末级两个输出三极管的集电极和发射极。12脚为电源供电端。13脚为功能控制端。14脚为内部5V基准电压输出端。15、16脚分别为控制比较放大器的反相输入端和同相
43、输入端。3.3电流检测电路1电路设计电流检测是实现电流负反馈控制的基础，检测电路如4.2图所示,逆变器输入电流If流经传感器TA时，在电阻R1两端产生相应的电压，经跟随器IC1输出，再经组成滤波器滤波后，进入单片机系统A/D转换口，由A/D转换器转换成数字量。2参数计算1)电流转换器的计算：电流转换器一次测电流额定值为1000A式，选用LEM块，现选用LA1000-7型号的LEM作为检测元件，其检测范围为0800A。匝数比为1:10000，内阻=50，电源电压为15V。2)滤波器参数的计算电流检测电路如图3-3所示：图3-3 电流检测电路图由于最大电流时的反检测电压小于单片机A/D转换器允许的
44、最大输入电压5V，取R15,R16,R17,R18,R19均为20kW，R7300W，R3030W 电容C可在调试时根据情况确定。运算放大器选用LM324普通运算放大器即可。3)输出调整及保护为了输入到单片机A/D转换器的电压在5V以下，故增设一只稳压管起保护作用，防止由于运算放大器损坏时，输出正负高电压而导致A/D转换器，甚至单片机系统损坏，稳压管VDW1的稳压值选定为5V。电位器RP1为10K，用来调整输入A/D转换器电压的大小，即改变电流反馈系数。3.3 脉冲调制工作点的选择脉冲调制器的主要功能是将比较放大器输出的直流信号转变为宽度可变的脉冲。要求脉冲宽度能均匀的由窄到宽或由宽到窄的调节
45、，其调节范围的大小取决于工作点的选择，而选择工作点必须先要求知道输入电压的变化范围。脉宽调制器工作点的选择，主要考虑最低直流电压输入时的脉冲宽度，即运用的最大脉冲宽度。将工作点选在半个周期100%处，这是理想状态。实际上是不可能的，因为受到与工作频率有关的电路延迟（主要来自功率晶体管上升、下降和存储时间等）。如果不考虑这个延迟时间，对于推挽和桥式电路来说，就可能出现两个功率晶体管同时导通而损坏晶体管的危险。因此，工作点不能选在100%处。在一个变换器中，工作频率为20kHz时，半周期的100%处的脉宽等于25s。如果考虑到电路延迟5s，则最大脉宽只能是20s，我们把它作为输入电网电压最低，输出
46、电流最大时的工作点。第四章 单片机控制系统的设计单片机控制电路由以下几部分组成：80C196KC最小系统、D/A转换电路、数码显示及键盘输入电路、I/O接口电路。下面简要介绍一下这几部分的功能：1)80C196KC最小系统：它是单片机控制系统的核心部分，通过程序的运行使它与外围芯片交换信息，来实现所需的控制功能。2)I/O接口电路实现单片机的输入输出控制，并使单片机数字电路和其控制对象隔离开来，增强单片机的抗干扰能力。4.1 单片机最小系统设计本系统由CPU、锁存器、译码器、EEPROM组成，采用8M晶振，为与外围的常用接口芯片配合，采用8位总线方式，为减小功耗并考虑接线的方便，外围接口芯片均采用高速CMOS芯片。虽然单片机