基于uc3524的逆变电源设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于uc3524的逆变电源设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

IGBT 在正常工作及过载情况下不致退出饱和而损坏。 ④ 驱动电路中的 栅极 电阻 RG 对 IGBT 工作性能有较大的影响。 RG 较大 ， 有利于抑制 IGBT 的电流上升率及电压上升率 ， 但会增加 IGBT 的开关时间和开关损耗 ； RG 较小 ， 会引起电 流上升率增大 ， 使 IGBT 误导通或损坏。 RG 的具体数据与驱动电路的结构及 IGBT 的容量有关 ， 一洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 般在几欧～几十欧 （ 在具体应用中， 应根据实际情况予以适当调整 ）。 本设计中 RG 选阻值为 15Ω 的电阻。 ⑤ 当 IGBT 关断时，栅射电压很容易受 IGBT 和电路寄生参数的干扰，使栅射电压引起器件误导通，为防止这种现象发生，可以在栅射间并接一个电阻 RGE，阻值在 10kΩ 左右。 此外，在实际应用中为防止栅极驱动电路出 现高压尖峰，最好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管，其稳压值 与正负栅压相同。 3）栅极布线要求 IGBT 接线较 长时易产生振荡 ， 因此 栅 级电阻 R G 的接入尽量靠近IGBT。 驱动电路输出 一般不 和 IGBT 栅极直接相连，应使用 绞合 线连接(2 转／ cm)。 次 外 ， IGBT 为 压控 型 器件 ， 当集射极加 高电压时 ， 很容易受外界干扰使门级间电压超过一定值引起器件误导通 ， 甚至导致直通现象发生。 为此 ， 本设计中采用了 如下 两 种措施加以改善 ： a、 在栅 — 射极间并接一个阻值为 10kΩ 的电阻，且将其并联在栅射极最近处； b、 在 栅 射极间并联两只反串联的稳压二极管 ， 把浪涌电压限制 在30V 以下。 全桥逆变电路如图 22 所示： 图 22 全桥逆变电路 V2 和 V3 组成达林顿连接，对输入信号进行功率放大，使其满足IGBT 驱动信号的功率要求。 再达林顿组合前，再加一级射极输出放大。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 本 设计的逆变电源输出额定功率为 1kW，考虑 10%的安全裕度，设计功率为。 IGBT 最高耐压值 1300V， 最大工作电流 50A，则该逆变桥输出的实际最大功率为 ，即逆变电源的实际最大 输出 功率为。 驱动脉冲发生电路设计 该部分为逆变桥提供驱动脉冲信号，控制逆变桥工作。 选择双端输出驱动器 UC3524 作为脉冲驱动信号发生器。 双端输出驱动器 UC3524 UC3524 以其优越的可靠性、外围电路设计简洁，在逆变电源、开关电源等领域得到了广泛应用。 UC3524 内部电路结构 如图 23。 图 23 UC3524 内部电路结构 UC3524 各引脚功能见表 21。 工作特性 该部分为整个逆变电路的核心，脉冲发生器 UC3524 根据设定的振荡周期，发出固定频率的 PWM 脉冲信号，控制逆变桥工作，同时逆变电源输出反馈信号经反馈电路处理后反馈给 UC3524。 此外， UC3524 还对逆变电源进行过载或短路保护。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 表 21 UC3524 引脚功能 引脚号 引脚功能 1 内部差分放 大器 EA 的反相输入端。 2 内部差分放大器 EA 的同相输入端。 3 内部振动器锯齿波输出端 5 内部电流限制放大器 CL 的“ +”“ ”取样端 6 外接 RT 端 7 外接 CT 端 8 接地端 9 内部差分放大器输出端 ，接入 R3 C22 组成相位矫正电路 10 PWM 脉冲输出控制端 ，输入高电平时，驱动脉冲被关断 1 14 内部两路驱动级 NPN 管发射极引出端 1 13 内部两路驱动级 NPN 管集电极引出端 15 直流 电源输入端 （ 12~28V） 16 5V 基准电压输出端 电路设计 UC3524 输出脉冲为两路输出，即开关频率为振荡频率的两倍。 逆变输出的交流电频率为 50Hz，则振荡频率应该 100Hz。 脉冲发生器死区时间与 CT 有关 ，死区时间设定在 10μs， CT 值为 ，根据 T=RTCT，可求得， RT=100kΩ。 为驱动后级信号放大管，内部驱动级 NPN 管集电极1 13 脚 上拉 5K 电阻到 12V 电源。 5V 基准电压经电阻 R3 R42 进行1:2 分压后，作为误差检测电压接入 内部 差分放大器同相输入端。 逆变桥使用的是全控型器件 IGBT，所以逆变换流利用器件的 全 关断能力进行换流，即器件换流。 设计中，必须 保证换流过程中换流不可重叠，即一路导通的前提必须是另一路完全关断，否则就会造成短路， 导致 换流失败。 为此，脉冲 发生器 设定了 10μs 的死区时间， 在时间上保证桥臂间换流 的 顺利完成，避免出现短路。 为确保逆变输出 交流电压 幅值稳定，对输出电压进行采样，并将采样值经采样电路处理后经电阻分压，送人 UC3524 的内部差分放大器反洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 相输入端。 当输出电压幅值偏高时，采样电压升高差分放大器的输出电压降低，送至 PWM 比较器，是输出脉冲占空比减小， 使逆变输出电压降低；当输出电压幅值偏高时，为上述 相反 过程。 内部差分放大器的输出电压与输出 脉冲占空比近似为线性关系，当输出电压为 时，脉冲占空比为 45%；当输出电压降为 时，脉冲占空比降为 10%；当输出电压为 1V 时，占空比为 0，无驱动脉冲输出。 电路原理图如图 24 所示。 图 24 脉冲发生电路原理图 逆变输出采样电路 工作特性 为了对逆变输出的方波电压进行稳压控制，逆变输出采样电路对逆变输出电压进行取样，将取样交流 24V 电压进行整流、滤波处理后，经R4 R4 R51 分压后，送人双端驱动器 UC3524 的 1 引脚取样输入端，如图 24 所示。 电路设计 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 逆变输出电 压经变压器取样绕组降压后，首先进行整流。 整流方式选择正极性桥式整流，整流器件采用整流二极管。 经过整流后的直流电压是脉动的，必须经过滤波处理，直流电压更加平稳。 滤波电路采用  形LC 滤波电路， LC 滤波电路中，滤波电感 L 对主流压降很小，而对交流成分而言，电感 L 的感抗很大，对交流成分有很大的衰减作用，使整流输出中参杂的 交流成分 衰减掉。 采样电路原理图如图 25 所示。 图 25 逆变输出采样电路 负载供电自动切换电路 工作特性 本设计的逆变电源为后备式，所以 在市电正常情况下，负载由市电供电；当市电故障时，负载则有逆变电源供电。 负载供电电源在这两种电源间的切换 由逆变电源控制 自动完成。 负载供电自动切换电路 完成负载供电在市电与逆变电源间的自动转换。 电路设计 切换电路主要器件是继电器，选择有一对常开触头和一对常闭触头的继电器，触头额定参数为 250VAC/10A，线圈额定参数 24VDC。 市电正常时，继电器常闭触头接通市电给负载供电；市电故障时，继电器动作，常闭触头断开，常开触头闭合，接通逆变输出，给负载供电。 电路原理图如图 26 所示。 考虑到该电路是在带负载的情况 下进行电源自动切换，切换过程中，触头会产生电弧， 所以选择继电器时，继电器的触头材质要耐高温，而且触头系统还 应 设有灭弧装置，防止产生的电弧烧坏触头，造成触头接洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 触不良而影响供电性能。 图 26 负载供电自动切换电路 逆变电源保护电路 逆变电源除了要输出稳压恒频的交流电外，当电路或负载发生短路、严重 过载故障时，要能进行及时自我保护，防止电源 损坏。 故为电源 设计过载保护电路是不可缺少的环节。 为保证 电路或负载短路、长时间过载 时 能可靠的进行自我保护，保护电路设计了双重保护， 即设计特定的保护电路，作为一 级保护，当发生短路、过载故障时 ，首先启动一级保护。 在逆变电源输出端和市电接入端分别接入熔断器 F F2，作为二级保护， 如图 26 所示。 当一级保护出现故障，不能对电源进行保护时，二级保护启动，确保了电源可靠被保护。 保护电路如图 27 所示。 图 27 逆变电源保护电路 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 负载端跨接电流互感器 HE1，见 图 26， 电流互感器的输出接入保护电路，进行整流滤波稳压处理，将稳压后的直流电压 2： 1 分压送到UC3524 的 10 引脚，见图 24。 此外，还将保护信号送入微机，保护电路对电压进行电平转换，转换成可以直接送入微机处 理的电平信号。 送入微机后，对电路故障进行报警等处理，告知操作员及时作出人为 故障处理。 市电断电 监测 电路 市电断电监测电路对市电是否正常进行监测，当市电突然断电时，发出断电信号给逆变电源；当市电供电恢复正常时，发出 恢复供电 信号给逆变电源。 断电检测电路如图 28 所示。 图 28 市电断电监测电路 该 部分电路主要是给微机提供市电运行状态信息，微机通过外部中断对市电运行状态进行扫描检测。 当市电运行状态发生变化时，监测电路输出对应为高低电平的跳变。 电源 供电 电源 切换电路 逆变电源除了给负载 提供电源外，其自身的运行也要消耗电能。 为保证蓄电池的放电时间，在市电正常时，逆变电源从电网获取电能给自身供电；当市电故障断电时，蓄电池才对其供电，这样提高了蓄电池的使用效率。 电源切换控制器 LTC4414 洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 LTC4414 是一种功率 PEFT 控制器，主要用于控制电源的通、断及自动切换。 该器件工作电压范围为 ～ 36V；电路简单，外围元器件少；静态电流小，典型值为 30μA；能驱动大电流 P 沟道功率 MOSFET；有电池反极性保护及外接 PMOSFET 的栅极箝位保护；可采用微制器进行控制或采用手动控制； 工作温 度 40℃ +125℃。 LTC4414 各引脚功能见表22。 表 22 LTC4414 各引脚功能 引 脚 符 号 功 能 1 STAT 漏极开路输出状态引脚。 使用时需外接上拉电阻，输出状态信号。 内部 FET 导通时，输出低电平；内部 FET 截止是，输出高电平。 2 CTL 逻辑电平控制信号输入端。 控制外接 PMOSFET 的通断，加高电平时， PMOSFET 由导通转截止。 3 GND 接地 5 NC 空脚 6 SENSE 有两个功能：电源输入端，给内部电路供电；电源电压检测输入端，该端通常由辅助电源供电 ，该辅助电源还向负载供电。 7 Vin 主电源输入端。 该输入通常由一个用于向负载输送电能的 蓄 电池或其他电源来供电，使用时，通过一个 ~10μF 的电容器把该引脚旁路至地，抑制负载瞬变。 8 GATE 外接 PMOSFET 的驱动端。 当未接入辅助电源时，此端直接由模拟控制器控制，使外接 PMOSFET 导通；当无辅助电源时，GATE 端电压升到 SENSE 端电压， PMOSFET 关断。 电路设计 该电路完成逆变电源自身供电电源在 市电 电网和蓄电池间相互切换， 即当市电电网断电时，供电电源切换到蓄电池；当电 网恢复供电时，供电电源切换至电网供电。 整个切换过程要求迅速， 切换时间短，以保证逆变电源内部电路持续不间断工作。 LTC4414 的主电源输入端 Vin 接 24V 蓄电池， CTL 接地。 GATE 端接 蓄电池 PMOSFET 驱动端， 接通或 切 断 控制蓄电池 对逆变电源供电。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 20 STAT 端 上拉 47K 电阻到主电源， 接 市电 PMOSFET 驱动端， 接通或切断市电电网对逆变电源供电。 当市电正常供电时， SENSE 引脚电压被拉至 Vin 引脚电压以上达 20mV 左右， STAT 引脚从开路状态变至一个 5mA的电流宿， 通过上拉电阻的作用驱动市电 PMOSFET 导通。 此时， GATE引脚电压被上拉至 SENSE 引脚电压，从而关断蓄电池 PMOSFET。 市电对逆变电源供电。 当市电故障断电时， SENSE 引脚电压降至 Vin 引脚电压一下， STAT 引脚开路，使市电 PMOSFET 关断。 同时， LTC4414 控制 Vin 和 SENSE 引脚之间维持一个 20mV 的正向调节电压， GATE 驱动蓄电池 PMOSFET 导通，蓄电池对逆变电源供电。 电路原理图如图 29所示。 图 29 电源供电电源切换电路 蓄电池电量监控电路 当蓄电池在放电工程中，电量会逐渐降低， 为防止蓄电池过放 ， 导致蓄电池使用寿命缩短甚至电池直接 损坏，逆变电 源应对蓄电池的电量进行监测，当蓄电池电量偏低时要及时采取措施停止蓄电池继续放电而损坏 电池。 MAX187 串行 12 位数模转换器 MAX187 为逐次逼近式 ADC，工作电压为 5V，模拟输入电压范围0~5V， 片内 时钟 ，高速三线串行接口 设计。 MAX187 引脚排列如图 210所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 21。