基于单片机的直流斩波电路的设计.docVIP

基于单片机的直流斩波电路的设计 本文介绍了基于单片机的基本方法，的相关知识及的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS一51单片机的用软件产生PWM信号信号占空比调节的方法。对于直流提供了一种有效的途径。关键词：单片机系统PWM；直流斩波： 直流降压斩波电路的原理 ??斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图3-1中Em所示 工作原理，两个阶段 t=0时V导通，E向负载供电，uo=E，io按指数曲线上升 t=t1时V关断，io经VD续流，uo近似为零，io呈指数曲线下降 为使io连续且脉动小，通常使L值较大 数量关系 电流连续时，负载电压平均值 a——导通占空比，简称占空比或导通比 Uo最大为E，减小a，Uo随之减小——降压斩波电路。也称为Buck变换器（Buck Converter）。 负载电流平均值 （3-2） 电流断续时，uo平均值会被抬高，一般不希望出现 斩波电路有三种控制方式： 保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型： 保持导通时间不变，改变开关周期T，成为频率调制或调频型； 导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型。 其原理图为：　　　　　　　　　　　　　　图3-1降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形 设计主电路的参数与选型 斩波开关ＩＧＢＴ参数的计算与选型： 根据要求输入的220Ｖ交流电，经三相不可控整流后输出的电压为514Ｖ，为了安全器件留有一定的裕量，所以选择ＩＧＢＴ的额定工作电压为正常工作电压峰的2－3倍，即额定电压为ＶＥ＝1000Ｖ，根据功率为1000Ｗ，Ｖmax为180Ｖ，最大输出电流为5.5Ａ，选择ＩＧＢＴ额定电流大于其即可。经查询相关的数据，选择西门子的ＢＳＭ25ＧＢ120ＤＮ2型ＩＧＢＴ，其最大工作电流为25Ａ，额定工作电压为1200Ｖ，这样器件的安全系数就大。 电感Ｌ的计算: 主电路中的Ｌ的作用就是为虑波、能量转换与减小电流变换率的作用，直流斩波电路输入电压最大值为500Ｖ，输出最大为180Ｖ，ＩＧＢＴ开通时间为512us，由以上数据可得最大开关周期＝512/0.35＝1.5ms ，又因为电阻Ｒ为180/5.5＝33欧，根据算行得Ｌ50mh，所以取Ｌ为50mH. 电容Ｃ的计算: 电容Ｃ2是虑波电容，它可以使输出电压稳定，通常设计时是按负载的情况来选择电容的大小，使，由上面可知Ｒ＝33欧，Ｔ＝1.5ms，算得Ｃ＝25uf，为使虑波效果更好，我们取Ｃ2＝1000uf。 二极管Ｄ的计算: Ｄ的作用是在ＩＧＢＴ判断时起到续流的作用，迅速的释放电感Ｌ中存储的能量，防止因电感Ｌ的能量无法释放而感应出高电压而击穿开关器件。主电路的输入电压为514Ｖ，当ＩＧＢＴ导通时Ｄ承受的反向电压即为514Ｖ，为保留一定的裕度，我们取Ｄ的反向电压为1.5*514Ｖ＝700Ｖ，当ＩＧＢＴ判断期间，Ｌ的续流大小为5.5Ａ，可选择型号为ＨＦＡ15ＴＢ60的快速恢复二极管。 控制电路的组成与功能: 控制电路如下图所示，控制电路由单片机与ＡＤ转换器加外围电路组成。控制电路实现变换器的实时控制，综合给定，经处理后为开关器件提供开通、判断信号与保护信号，控制电路实现实时控制，产生ＰＷＭ信号。控制选用单片机与电钟信号电路与复位电路、报警电路。电钟电路与复位电路电单片机系统的必要组成，控制单片机的机器周期与功能复位。由单片机的一个输出位品输出占空比可调的俯冲信号，经三极管进行俯冲放大，用脉冲变压器进行电气隔离，进而控制ＩＧＢＴ的与判断。　 控制电路的核心——ＡＤＣ转换单片机系统: 由于系统电路工作于高速开关状态，电力电子器件工作于强脉冲电流，电磁干扰严重，因此微处理器选型从如下方面考虑：满足功能要求；满足抗干扰要求；满足速度要求；良好的性价比。单片微机系统作为自动控制装置的核心，具有功能强、体积小、可靠性高、易开发、易于扩展等优点，尤以ＡＴＭＥＬ公司司生产的89Ｃ51应用比较广泛，89Ｃ51也可以满足上述的要求。 其电路原理图为： 控制主电路 控制电路其它部分过电流过电压保护电路、过电压过电流报警电路、模数转换电路组成。 过电流与过电压保护电路： 保护电路在系统中不可缺少，良好的保护措施可以大提高系统的可靠性。过电流出现的原因是系统电路或负载不正常，因此必须保证电路中有可靠的过电流保护电路，该电路的作用是防止电路中电流过磊而损坏元件。过电流判断采用比较器，将输入电流信号和参考信号进行比较，得到过流信号送到单片机的位口Ｐ3.2，单片机作出过流处理响应，判断ＩＧ