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【风采汇】+UPS 后备式不间断变频电源 (正弦波逆变)
阅读: 4745 |  回复: 50 楼层直达

2019/10/14 00:39:19
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qmx1998
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QQ截图20160321155901  【活动进行中……】礼遇感恩节!参与顶楼  免费送仪器

QQ截图20160321155901   【风采汇】参与有奖!获奖作品分享大赛



这次比赛是跟着一位大神组队的,获得过省一,最近有点事因此我会陆陆续续更新,关于UPS的资料我也会开源出来,又想要的小伙伴可以联系我哦。

首先介绍一下UPS

UPS 不间断电源是由电池组和其他电路组成,能在电网停电时提供交流电力的电源设备,不会因短暂停电而中断设备的供电,可以一直供应高品质电源,从而有效保护精密仪器。不间断电源现已广泛应用于:航天、工业、通讯、国防、医学院、计算机业务终端等领域。本题目通过 STC15F2K60S2 主控芯片产生 spwm 调制信号,利用单片机的高精度、高效率完成了常用 50hz 工频和 400hz 中频的正弦交流电能的产生,并且做到输出电压可调、频率可切换,同时加入了诸多关键参数的显示和对电源智能化的安全保护。输入加入了主动式功率因数校正器,提高了电源的利用率。前级采用了推挽拓扑,高效的为逆变后级提供稳定的直流电压。市电电瓶切换速度快,无明显间断现象。

UPS 种类多样,实现方法各不相同,系统复杂。本题目要求完成一台输出电压等级为 24v和 36v 正弦交流、输出频率为 50hz 和 400hz 且可切换的 UPS 后备式变频电源,50hz 和 400hz是工频和中频典型值,24v 和 36v 也是工业、军事常用电压等级。电瓶充电方法要求采用较为先进的慢脉冲充电法和 Reflex TM 充电法。同时还需要加入功率因数校正电路使功率因数达到 0.9 以上。经过一段时间的研究制作,已完成题目的大部分要求,较好的实现了设计要求。 

原理图

2019/10/16 11:40:33
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qmx1998
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      UPS 种类多样,实现方法各不相同,系统复杂。本题目要求完成一台输出电压等级为 24v和 36v 正弦交流、输出频率为 50hz 和 400hz 且可切换的 UPS 后备式变频电源,50hz 和 400hz是工频和中频典型值,24v 和 36v 也是工业、军事常用电压等级。电瓶充电方法要求采用较为先进的慢脉冲充电法和 Reflex TM 充电法。同时还需要加入功率因数校正电路使功率因数达到 0.9 以上。经过一段时间的研究制作,已完成题目的大部分要求,较好的实现了设计要求。

      本设计电瓶采用 12V 电动车铅酸蓄电池,终止放电电压为 10.8V。市电由工频变压器降压到 12VAC 后进行整流滤波,并送入到 BOOST 型主动式功率因数校正器(APFC)中,校正的同时得到 20VDC 的稳定直流电压。由此可知,能送入逆变器的电压为直流 10.8V-20V。题目要求输出 24V-36V 的交流电压,在不考虑直流损耗的情况下逆变需要的直流母线电压为34VDC-51VDC,因此前级需要一个升压的拓扑结构,将来自电瓶和市电的直流低压转化成稳定的直流高压。能实现这一功能的较为高效的拓扑结构有 BOOST 型和推挽型。 

       BOOST 型拓扑是一种非隔离式拓扑,效率较高,制作简单,适用于小功率应用场合。缺点是抗干扰能力差,异常时对负载损害较大。推挽型是隔离式拓扑,两个开关管轮流交替工作,相当于两个开关电源同时输出功率,其输出功率相当于两个单一开关电源的输出功率,因此,推挽式结构输出功率很大,效率很高,非常适用于低电压应用场合,在逆变电路中应用非常广泛。综合以上优点,本设计前级选择隔离推挽式拓扑结构。

2019/10/17 12:47:55
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川理学子[版主]
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营长
顶顶!!!!
2019/10/18 23:21:37
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qmx1998
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1 逆变信号 SPWM 波的产生有俩种
a.硬件生成法:
硬件生成法就是通过模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成 SPWM 波。但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。
b.软件算法生成:
由于微机技术的发展使得用软件生成 SPWM 波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,通过芯片自带的 PCA/PWM 模块或由系统定时器产生一系列宽度不等的脉冲来驱动逆变电路,也可以得到 SPWM 波。

由于题目中有大量的显示检测项目,因此不可避免的要用到单片机进行处理。综合题目要求和实际制作时的难易,本设计中选择软件法生成 SPWM 驱动信号。 

而全桥和半桥结构在逆变电路中都有很广泛的应用。半桥结构由两个开关管轮流交替导通,输出功率大,耐压高,效率高,比全桥结构简单,但是其自身电压利用率低,不适用于低电压应用场合。全桥结构工作时有两组功率管轮流导通,呈对角导通原则,输出功率高,损耗较小,效率高,开关器件耐压值特别低,选择余量较大。

2019/10/18 23:28:53
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qmx1998
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      功率因数(PF)指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。由于电源中大量的非线性器件,导致从市电中取得的电压电流波形有了相位差,而且电流波形产生畸变,不再是标准的正弦波。功率因数校正就是尽可能的减小电压电流相位差,并使电流波形正弦化。

      功率因数校正分为主动式和被动式。被动式结构简单,设计要求低,但是体积大,校正效果不理想,功率因数很难达到 0.8 以上。主动式 PFC 电路具有体积小,重量轻,通过专用IC 去调整电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿。主动式 PFC 可以达到较高的功率因数──通常可达 98%以上,输入电压范围宽等优越的电气性能,但成本也相对较高。
        虽然主动式功率因数校正设计复杂,但是可以轻松实现题目要求的 0.9 的功率因数,并且可以改善电流畸变,自带 BOOST 稳压输出,在本设计中能体现很高的优越性。所以,综合题目要求和现实意义,选择校正效果更好的主动式功率因数校正方案。

2019/10/21 00:22:43
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qmx1998
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        UPS 中电瓶在市电正常时一直处于等待接入状态,在市电失压或过压时能立即接入逆变电路中继续为负载提供不间断的输出。而且切换时间尽可能短,无明显切换间断现象。这就要求一方面切换管理电路尽可能完善,要做到实时监控,另一方面处于等待状态的电瓶要保持满电状态,或在进行一个阶段的电瓶供电后,在市电恢复时能立刻高效的将电瓶充满。充电可供选择的方案有普通恒流充电法、分段式充电法和题目要求的满脉冲充电法。
2.42 方案选择
       普通充电法和普通分段式充电法都对蓄电池有极大的损害,如果充电方法不合理,将会引起蓄电池过充电、发热、失水,容易导致蓄电池失效。由电化学原理可知,蓄电池充电时普遍存在极化现象,如果能在充电过程中提供一个充电间歇期,将会使极化现象减轻,由此带来的蓄电池充电损害也大大减小。因此,本设计中采用满脉冲充电法,以提高电瓶寿命。 
2019/10/21 00:25:55
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qmx1998
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充电器的设计

UC3909 简介

       UC3909 是由美国 Unitrode 公司(现已被美国 Texas Instrument 收购)推出的一款蓄电池专用充电控制管理芯片(引脚定义见图 3.1a)。利用 UC3909 充电控制器,可以组成开关型铅酸电池快速充电器。该芯片中的平均电流型 PWM 控制电路,可产生充电状态逻辑电平。充电状态逻辑电平根据充电状态控制充电器的输出电压和电流。该芯片中的欠压封锁电路,保证加入足够的电源电压。此外该芯片中还含有差动电流取样放大器、精度为 1%的基准电压,-3.9mV/℃热敏电阻线性化电路、电压和电流误差放大器、PWM 振荡器、PWM 比较器、PWM 锁存器、充电状态译码器和一个 100mA 的集电极开路输出驱动器。 

       基于铅酸蓄电池的特性,基于 UC3909 的四阶段充电方式充电状态如图所示。 四阶段充电方式可以为其提供在不同状态时合适的充电电压和电流,将恒流充电快速安全地对蓄电池进行初始充电和恒压充电进一步对蓄电池充电有效地结合起来,从而使蓄电池的容量达到额定值,延长其寿命。
状态 1:涓流充电(T0-T1)
当蓄电池的电压低于终止电压即所设定的门槛电压 Vch 时,充电器将提供一个很小的充电电流 Itr 进行充电,这是为了防止把恒流充电时的大电流灌入损坏蓄电
池。对于正常的蓄电池,电池电压会逐渐上升,直到门槛电压 Vch,充电器将进入下一个阶段,恒流充电。当蓄电池的初始电压高于门槛电压 Vch 时,充电器将越过涓流充电状态而直接进入恒流充电。 
状态 2:恒流充电(T1-T2)
充电器提供一个恒定的充电电流 Ibulk 给蓄电池。在这个阶段,蓄电池的容量快速增加,直到蓄电池的电压上升到过压充电电压 Voc,蓄电池进入过压充电。
状态 3:过压充电(T2-T3)
在过压充电状态,充电器提供一个略高于蓄电池额定电压的恒定电压 Voc 给蓄电池,以使蓄电池能量最后达到饱和。这个阶段充电电流逐渐减小,直到 Ioct,表明蓄电池已被充满,
进入浮充状态。Ioct 的值可以设定,通常为 Ibulk/5。
状态 4:浮充充电(T3-)

充电器提供一个恒定的带有温度补偿的电压 Vf 给蓄电池,来维持蓄电池容量保持不变,同时会提供很小的浮充电流,弥补蓄电池自身放电造成的容量损失。

2019/10/21 00:28:45
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qmx1998
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充电器设计 外围电路及元件计算公式

(1) 选择 RS1 、RS2 、RS3 和 RS4
基本计算公式如下:
V OC = V REF *(RS 1 + RS 2 + RS 3//RS 4)/(RS 3//RS 4)
V T = V REF *(RS 1 + RS 2 + RS 3//RS 4)/(RS 2 + RS 3//RS 4)
V F = V REF *(RS 1 + RS 2 + RS 3)/RS 3
R P = RS 3 // RS 4
电瓶的几个基本电压参数为:
VOC = 15V //浮充电压
V T = 10. 2V //涓流充电电压
V F = 14V //过充电压8 / 30
I TC = 40MA //涓流充电电流
IBULK = 2.0A //恒流充电电流
IOCT = 200MA //过充充电电流
计算得到的几个关键原件值:
RS 2 = 23. 7kΩ≈24kΩ RS 1 = 252kΩ
RS 3 = 54kΩ≈56kΩ RS 4 = 466kΩ≈470kΩ
(2) 选择 RG1 和 RG2
基本计算公式如下:
I TC = T TRCK*RG1 / 5*RS
I TRCK = 0.115V / RS
RG1 / RG2 = 1.852*I BULK*RS
计算得到的几个关键原件值:
RG1 = 2kΩ RG2 = 5. 4kΩ≈5. 6kΩ
b.原理图:

2019/10/21 00:30:45
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qmx1998
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充电器主电路由 UC3909结合外围电路组成,实现四段式智能充电。配合一个 8 位的STC15F104W/DIP8 封装的单片机,产生 3min/0.5min 的循环控制脉冲,时序为 3min 的使能低电平使充电器工作,0.5min 的关断高电平使充电暂停,在此间歇期使电瓶去极化,达到增加电瓶寿命,保护电瓶的目的。

2019/10/21 00:32:42
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qmx1998
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逆变器的前级设计

逆变器前级通过TL494设计的,TL494 是一种固定频率脉宽调制电路(见图 3.2a),它包含了开关电源控制所需的全部功能,广泛应用于桥式单端正激双管式、半、全桥式开关电源。其主要特征有:

1、集成了全部的脉宽调制电路。
2、片内置线性锯齿波振荡器,外置振荡元件仅两个
3、内置误差放大器。
4、内置 5V 参考基准电压源。
5、可调整死区时间。
6、内置功率晶体管可提供 500mA 的驱动能力。

7、推或拉两种输出方式。

2019/10/21 00:35:55
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qmx1998
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逆变器的前级电路参数及原理图

a.推挽结构变压器参数:
变压器骨架:EC42
磁芯材质:锰锌软磁铁氧体
初级:0.51mm 漆包线 5 股并绕 5T+5T,中间抽头,单极感量约 70uh
次级:0.8mm 漆包线单股 25T,感量约为 2mh
工艺:手工绕制,绝缘漆浸封
b.其它结构参数
推挽功率管:IRF3205 N 沟道 MOSFET,Ids-110A,Vds-55V,Vgs±20V
次级输出整流二极管: SR560,5A/60V,肖特基二极管
π型滤波器:滤波电容:100V/470UF*2PCS 高频电解电容
滤波电感:铁硅铝磁环 33*17*12 820UH/3A

2019/10/21 15:40:37
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lcq1995
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士兵
好帖子呀,顶一下。问一下哈,我现在也做逆变这块的,能不能详细介绍一下逆变输出侧接的LC电路,主要是电容,仿真我设置的150uf滤波效果较好,但实验中用的cbb61电容我网上查了一下容值在30uf一下,仿真中30uf滤波效果差。问一下这块你是咋做的。
2019/10/31 23:57:09
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qmx1998
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基本理论是根据这个计算的

2019/10/24 13:36:10
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yaoyong18207748450
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士兵
你好,请问能把你的工程文件原理图和PCB发给我一份学习吗?谢谢!我的邮箱yaoyongworks@163.com
2019/10/31 23:49:21
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qmx1998
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好的,马上发
2019/11/19 19:15:04
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yaoyong18207748450
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士兵
对不起哈,之前我留的邮箱写错了,麻烦能再发一次给我吗?我的邮箱:yaoyongworker@163.com  谢谢
2019/11/29 19:27:02
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xiaoleng
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士兵

您好,能发我一份吗,想学习下充电的电路,谢谢!

1511910253@qq.com

2019/12/02 15:00:37
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xiaoleng
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士兵
您好,麻烦能给我发一份吗,1511910253@qq.com,谢谢
2019/11/01 00:02:22
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qmx1998
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逆变器前级电路原理:

        来自电瓶或市电整流滤波后的直流电压,经由推挽变换器两个开关管的轮流导通变换,使初级两极线圈中产生方向相反的励磁电流,并在次级感应出高频交流电。输出经过四个肖特基高速二极管构成的全桥整流电路后,变为脉动直流电,再经由两个高频电解电容和一个磁环电感组成的π型滤波器,得到稳定的纹波系数很小的直流电压送入逆变后级使用。推挽变换器的两个开关管开关信号由 TL494 给出,输出形式为双端输出。利用 TL494 自带的两个误差放大器(见图 3.2b),构成两个闭环反馈,稳压环和限流环。限流环在额定的电流时不起作用,不能对稳压环造成干扰,只有当电流超过限定电流时才出面干预,减小占空比,降低输出电压,达到限流目的。

       稳压功能通过误差放大器一实现。误差放大器一反相输入端 2 脚接参考电压,参考电压由 14 脚自带的 5v 基准电压分压获得。正相输入端 1 脚电压由输出直流经电阻分压后获得,构成电压的闭环反馈,当反馈电压大于参考电压时,494 自动减小输出占空比,使输出电压减小;当反馈电压小于参考电压时,494 自动增大占空比,使输出电压增大。通过不断对占空比的调整,始终保持反馈电压与基准电压保持一致,这样就达到了稳压的目的。
         过流保护的原理与此类似,两个误差放大器的特性是完全相同的。误差放大器 2 的正相输入端 16 脚接芯片参考地,反相输入端 15 脚通过电阻分压后接系统地。当正常工作时,15脚的电位相对于 16 脚始终是正的,当电流超过设定的保护电流时,由于系统地在取样电阻上的压降而使其相对于芯片的参考地电位变为负,此时电流误差放大器开始起作用,减小输出占空比,降低输出电压,以使输出电流维持在限定电流以下。

           TL494 通过 5 脚、6 脚外接的 RC 电路起振,内部线性的锯齿波振荡器频率有外部的两个器件决定,近似的振荡频率公式为:

                                                                                  f=1.1/R*C

         本电路的工作频率约为 25Khz。13 脚的输出控制端接 5V 参考电压,使其输出为双端输出,两路输出互为反相,内部自带死区时间,也可通过对 4 脚死区时间控制端施加 0-3.3V 的电压来调整输出死区时间。4 脚通过 10uf 的电容和 10K 的电阻构成软起动,将输出占空比由 0 缓慢增加到最大,避免了对负载的冲击。 

2019/10/29 18:06:57
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菜鸟攻城狮
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士兵
楼主你好,请问能发一份资料吗?867496126@qq.com,感激不尽
2019/10/31 23:49:28
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qmx1998
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好的,马上发
2019/11/01 00:07:01
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qmx1998
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逆变后级设计中自举升压驱动电路及 IR2104 简介 

在全桥变换拓扑中,由于四个开关管的源极是不共地的,当低端管关断时,高端管的源极电位会被抬升到电源电压,此时如果给出和低端管相同的驱动信号,高端管将不能导通,导致电路不能正常工作。因此,需要用到自举升压驱动方案。IR2104是国际整流器公司(IR)推出的 一款自举升压驱动芯片,典型应用电路见图

2 脚 IN 为驱动信号输入脚,3 脚 SD 为芯片输出使能端,低电平有效。5 脚为低端信号输
出端,与 2 脚的输入信号反相,7 脚为高端信号输出端,与 2 脚的驱动信号相位相同。自举
电容和自举二极管是设计时电路中的关键原件,其合适的参数才能使电路正常工作。 

2019/11/02 19:14:04
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HL_ZXM
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排长

好贴!高手啊!

最近也要做类似这个的项目,请问UPS切换是时候是什么时候切换比较好?

网上看见有的是在市电过零点,也要在最高点的,

2019/11/02 23:43:40
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qmx1998
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我是在过零点切换的,系统属于较小型的
2019/11/03 00:29:47
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qmx1998
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后级逆变原理及原理图 

后级逆变电路结构采用全桥拓扑方案(见图 3.3c),由 4 只 IRF3205(见图 3.3)组成 H桥式结构,Q1、Q4 和 Q2、Q3 分别互为两组对角,工作时两组对角轮流导通。MOS 驱动芯片选用 IR2104 自举升压驱动方案,因为全桥结构的四只功率管不共地,高端开关管的源极会在同一侧桥臂的下管关断时电位被抬升至电源电压,如果直接驱动,上管将无法开启,逆变电路不能工作,因此需要选用自举升压电路来实现对高端功率管的开通。当下管导通时,电源 VCC 将通过二极管对电路中的自举电容 C9、C10 充电。下管关断后自举电容一侧电位被抬升,另一侧电位叠加 VCC 形成比电源电压更高的电压加在上管的栅极使上管导通。逆变过程中开关管的开通关断会产生大量的高次谐波,因此需要使用低通滤波器来滤除高次谐波。图中由 L2、C8 组成 LC低通滤波器,电感采用 33*16*11.5 的铁硅铝磁环加 0.8mm 漆包线绕制,电感量越为 3.3mh,电容采用 105 的 CBB 电容,LC 值经多次实验获得最佳参数,经此滤波器滤波后得到了纯净的正弦波。 

2019/11/03 00:31:05
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qmx1998
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SPWM 正弦脉宽调制信号的产生,使用由国内宏晶公司生产的 STC15W408AS 增强型 1T8
位 51 单片机,该芯片片上功能丰富,自带三路 PCA/PWM 模块,内部集成高精度 RC 时钟电
路,最高可达 33Mhz,自带硬件看门狗可防止逆变信号异常。电路原理见图 3.4c。
SPWM 正弦脉宽调制是靠芯片自带的 PCA/PWM 模块实现的,芯片自带 3 个捕获比较模
块,本题目中用到其中两路。调制方法为单极性正弦脉宽调制,基本原理为等效面积法(见
图 3.4b),即在一个正弦周期内用宽窄不等的方波来等效正弦波。利用这一思想,将单片机
的 PCA 模块通过配置相关寄存器配置为 PWM 输出,输出占空比呈周期性正弦规律变化,将
占空比数值通过计算制成正弦波表(见图 3.4a)存入芯片 ROM 中,在程序执行时以供调用,

现结合全桥结构和程序将实现原理作简单说明:

2019/11/03 00:32:10
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qmx1998
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PCA 模块中有一个特殊的 16 位寄存器,用来储存 PCA 计数器的初值,包括高 8 位寄存
器 CH 和低 8 位寄存器 CL。每个 PWM 模块都与该模块相关的捕获寄存器,用来储存捕获比
较的初值,同样包括高 8 位 CCPnH 和低八位 CCPnL(n=1、2、3),当捕获比较模块配置成 8
位 PWM 输出后,两种寄存器用到其中的低八位作比较功能,高八位的值在低八位溢出后自
动填充到低八位中,这样可以做到无干扰的刷新 PWM。当寄存器 CL 中的值小于寄存器
CCPnL 中的值时,相应管脚输出低电平,当寄存器 CL 中的值大于等于寄存器 CCPnL 中的值
时,相应管脚输出高电平。要想改变 PWM 的输出占空比,只需改变寄存器 CCPnL 中存放的
值即可,通过计算后得到相应的数值,对应的是按正弦规律变化的占空比输出,这样就得到
了一路 SPWM 调制信号。
PCA 模块的溢出频率决定了 SPWM 调制的载波频率,其实单片机产生 SPWM 不存在载
波,调制信号是通过数字的方法直接生成的。定时器的溢出率决定了基波的频率,也就是最
后得到的正弦波的频率,因为定时器的溢出率决定了一个 SPWM 周期内的的占空输出在多长
时间内执行完,但需要把握好定时器溢出率与 PCA 模块溢出率之间的整数倍关系,否则由于
在一个定时周期内无法执行完整的 SPWM 占空输出而使最后产生的正弦波形畸变。只要改变

定时器初值即可改变输出频率,很容易达到题目中的变频要求。 

2019/11/03 09:13:03
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HL_ZXM
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LV3
排长

看了受益匪浅啊!

你的输出稳压是如何调节的啊。

2019/11/23 23:00:24
28
qmx1998
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互感器采样,用软件程序做的闭环
2019/11/20 14:39:02
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z39613619
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楼主方便发一份资料学习下吗?1677599388@qq.com    感谢!

2019/11/23 23:00:36
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qmx1998
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好的
2019/11/23 23:13:33
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qmx1998
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APFC 控制芯片 UCC28019 简介 

UCC28019(见图 3.5a)是一款 8 引脚的连续导电模式(CCM)控制器,该器件具有宽泛的通用输入范围,适用于 100W 至 2kW 以上的功率变换器。有源功率因数校正控制器 UCC28019 使用 Boost 拓扑结构,工作于电流连续导电模式。该控制器具有许多系统级的保护功能,主要包括峰值电流限制,软过电流保护,开环检测,输入掉电保护,输出过压、欠压保护,过载保 护,软启动,芯片内部将栅极驱动电压箝位于 12.5V 。

主要特点有:

① 不需要对电网电压进行检测,减少了外围元器件
② 宽范围的通用交流输入电压
③ 65kHz 的固定开关频率
④ 最大占空比达 97%
⑤ 输出过压、欠压保护,输入掉电保护
⑥ 单周峰值电流限制
⑦ 开环保护

⑧ 低功耗待机模式

典型应用电路如图 所示:

2019/11/23 23:19:21
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qmx1998
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APFC 电路原理及原理图

UCC28019 主要通过两个外部控制环路来实现功率因数校正的目的,使电流波形正弦化,使电压、电流相位差达到最小。
(1) 电流环
系统电流环包括电流平均放大、脉宽调制(PWM)、外部升压电感和外部电流传感电阻等环节。从电流传感电阻检测到的负极性信号送人 ISENSE 引脚进行缓冲、反相放大后,得到的正极性信号通过电流放大器(gmi)进行平均,其输出即为 ICOMP 引脚,ICOMP 引脚上的电压与平均电感电流成比例,该引脚对地(GND)外接一电容提供电流环路补偿并可对纹波电流进行滤波。平均放大器的增益由 VCOMP 引脚内部的电压决定,该增益设置为非线性,因此可以适应全球范围内的交流输人电压。无论芯片处于故障模式还是待机模式,ICOMP 引脚均在内部接至 4V 电平。脉宽调(PWM)电路将 ICOMP 引脚电压信号与周期性的斜坡信号比较,产生上升沿调制的输出信号,如果斜坡电压信号大于 ICOMP 引脚电压,则 PWM 输出为高电平,斜坡的斜率是内部 VCOMP 引脚电压的非线性函数。由内部时钟触发的 PWM 输出信号在周期开始时为低电平,该电平会持续一小段时间,称之为最小关断时间(toff(min)),而后,斜坡电压信号线性上升,与 ICOMP 电压交叉,斜坡电压与 ICOMP 电压的交叉点决定了关断时间(toff),也即 Doff,由于 Doff 满足 Boost 拓扑结构的Dote=VIN/VOUT,而且输人 VIN是正弦电压, ICOMP 与电感电流成比例,控制环路会迫使电感电流跟随输人电压呈现正弦波形以进行 Boost 调制,因此平均输人电流也呈现正弦波形。PWM 比较器的输出送入栅极(GATE)驱动电路,芯片的驱动电路具有多种保护功能,栅极输出的占空比最高可达 99%,不过始终要存在一最小关断时间。正常占空比工作时输出过压保护(OVP)、峰值电流限制(PCL)等,在每一周期均可直接关断芯片的栅极输出,欠压锁定(UVLO),输入掉电保护(IBOP)和开环保护/待机(OLP/Standby)等,同样也可以关断栅极输出脉冲,直至软启动开始工作才恢复其输出脉冲。
(2) 电压环
PFC 预调节器双环控制的外环为电压环,该电压环主要包括 PFC 输出电压检测、电压误差放大和非线性增益等环节。 PFC 预调节器的输出电压对地(GND)接一分压电阻网络构成电压环路的检测模块。分压电阻的比率由所设计的输出电压和内部的 5V 标准参考电压来确定。和 VINS 引脚的输人一样,VSENSE 引脚上非常低的偏置电流容许选择很高的实用电阻值,以降低功率损耗和待机电流。VSENSE 引脚对地(GND)接一小电容,可以有效滤除信号的高频噪声。
外围电路相关参数的计算很复杂,在此参考美国德州仪器(Texas Instrument)官方网站(WWW.TI.COM)给出的辅助计算软件(软件截图见图 3.5e)来进行初步的理论值计算,结合后期的实际调试,使电路达到最好的工作状态,达到高功率因数校正的目的。 

2019/11/23 23:25:53
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qmx1998
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系统模块的连接

 简要说明

市电经过 220VAC/12VAC 120VA 工频环形变压器降压,由 20A 的整流桥整流后的脉动

半波电压接入由 UC28019 控制芯片构成的主动式高功率因数校正器,校正器为 BOOST 升压

型,经校正后再滤波输出 20V 的稳定低纹波直流电,作为系统主电源接入电源切换管理电路,
同时 12V 蓄电池也接入切换管理电路。蓄电池接电池充电管理器,充电器由 UC3909 充电管
理芯片组成,在市电正常时对蓄电池进行慢脉冲充电,并具有电瓶过冲过温保护。电源切换
管理电路由 LM393 构成的窗口电压比较器加继电器模块实现,继电器为高电平触发,常开端
接市电,常闭端接电瓶,这样保证在市电掉电的情况下能正常切换到电瓶供电。市电电压、
电流经电压、电流微型互感器隔离后由 OP07 运放组成的精密全波整流电路整理后转化为真
有效值,与窗口电压比较器的阈值电压比较并做出相应动作。同时 AD 采样芯片对该点进行
采样并转化为相应的市电电压、电流送显示屏显示。当市电电压在正常范围内时由市电供电,
当市电电压不在正常范围内或断电时切换为电瓶供电。电源切换管理电路出来的电压一路送
入由 TL494 组成的前级推挽 DC/DC 变换器,将来自市电或电瓶的电压稳定为所需的直流电
压输出,并送入由四只 IRF3205 功率管组成的后级正弦波桥式逆变电路中逆变,输出经低通
滤波器滤波后,得到纯净的正弦波。另一路接入 BUCK/BOOST 辅助电源模块,提供稳定的
+12V、+5V 输出,供控制电路中的芯片和其它需要使用。主控 MCU 负责逆变信号的产生、
各显示项目的采集显示、系统的安全监测等,起着非常重要的作用。

2019/11/23 23:30:26
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qmx1998
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系统调试

1.调试方法:
边安装边调试。把一个总电路按框图上的功能分成若干单元模块电路,分别进行安装和调试,在完成各单元格的基础上逐步扩大安装和调试的范围,最后完成整体调试。对于新设计的电路,此方法既便于调试,又可及时发现和解决问题。
调试内容:
(1)通电前检查
整体制作完毕,首先直观检查电路各部分接线是否正确,检查电源,信号线,元器件引脚之间有无短路,期间有无接错。
(2)通电检查
接入市电,观察电路中各部分器件有无异常现象,如果出现异常现象,应立即关掉电源,待排除故障后方可重新通电。
(3)单元电路调试
在调试单元电路时应明确本单元的工作要求,按工作要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行,这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号,为最后的整体联调准备条件。电路调试包括静态和动态调试,通过调试掌握必要的数据、波形、现象,然后对电路进行分析、判断、排除故障,完成调试要求。
(4)整体联调

各单元电路调试完成后就为整体调试打下了基础,整体联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系,主要观察动态结果,检查电路的性能和参数,分析测量的数据和波形是否符合设计要求,对发现的故障和问题及时采取处理措施。

仿真软件采用 NI 公司的 Multisim10.0 进行,以下给出部分仿真效果图示: 

2019/12/02 22:52:18
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dai5
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士兵
你这个流程图 ,怎么会有市电来了过零点切换呢?当市电来了整流经过PFC升压,然后推完全桥输出。当市电断开,继电器切换蓄电池然后推挽全桥输出。
2019/11/24 01:59:25
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松鼠1号
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士兵
楼主,资料能发我一份吗?主要是软件逆变的,是用查表还是计算??1564374939@qq.com
2019/11/27 00:48:16
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qmx1998
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好的,等一下统一发
2019/11/24 10:36:18
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romantic878595
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挺好的,我也想要一份这样的资料,我对400赫兹变交流那部分特别有兴趣
2019/11/27 00:48:35
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qmx1998
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好的,等一下统一发
2019/11/27 00:51:50
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qmx1998
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系统能实现的功能

本系统可以输入 220V 市电,输出 24-36v 可调正弦交流电,输出频率为 400hz 和 50hz 两
种,可一键切换输出频率。额定输出电流 2.5A,最大输出电流 3A。负载调整率和电压调整
率都不超过 5%,具有输出短路保护功能。可监测市电并在市电大于 242V 或小于 198V 时切
换由 12V 电瓶供电,电瓶具有过放保护功能,电压降到 10.4V 时停止对外输出,整个系统
关闭。

2019/11/27 00:55:20
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qmx1998
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硬件测试:

测试记录: 

2019/11/27 00:56:16
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qmx1998
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系统功能及指标参数分析

根据上述测试数据,由此可以得出以下结论:
1、该电源输出的交流电压能够保持较高的稳定性;
2、该电源具有良好的电压调整率和负载调整率;
3、该系统采用有源功率因数校正,可改善电源输入功率因数,电源交流输入功率因数达到 0.9 以上;
综上所述,本设计达到设计要求。

2019/11/27 23:46:31
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qmx1998
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目前系统存在的问题

1.电源的开关频率没有达到最佳频率,导致电源开关损耗较大,整体效率偏低,没有充分

达到题目中的要求;
2.电路结构和参数设计不够合理,导致抗干扰性较差,系统功耗偏高,稳定性上还需要继
续的提高;
3.很多参数精度上还需要改善,例如市电电压、电流的检测中,双运芳组成的真有效值转
换电路输出纹波偏大,转换成实际的电压电流后误差较大,还需要一定的改进。 
2019/11/28 23:07:48
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qmx1998
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程序 1:SPWM 程序
//===MCU~STC15F2K60S2 
//===利用两个 PCA 模块产生两路互补单极性 SPWM 波
//===第一路/ccp0_3/P2.5,第二路/ccp1_3/P2.6
//===全桥使能信号端 EN_H1/P2^1,EN_H2=P2^2
//******************************************************************************************
//===系统时钟为 11.0592Mhz@1T
21 / 30
22 / 30
//===基波频率为 50hz 的情况下,把一个正弦波分成 108 份,即正弦波表中有 54 个数值
//===@50hz,PCA 时钟源为系统时钟 2 分频,即载波频率为:Fc=11059200/2/256=21.6khz
//===@50hz, 定时器溢出频率为:Ft=50*108=5.4Khz,此时 Fc=4*Ft(Fc 必须是 Ft 的整数倍)
//===基波频率为 400hz 的情况下,把一个正弦波分成 54 份,即正弦波表中有 27 个数值
//===@400HZ,PCA 时钟源为系统时钟不分频,即载波频率为:Fc=11059200/256=43.2khz
//===@400HZ,定时器溢出频率为:Ft=400*54=21.6khz,此时 Fc=2*Ft
//******************************************************************************************
//~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
//=========试验日志=========
//*****1.2016.6.2***********
//程序可以跑通,驱动芯片工作,全桥工作,有输出
//输出低通滤波器 L=3.3mh,C=1uf,截止频率=2778hz
//50hz 频率下正弦波波形正常,400hz 频率下波形畸变
//修改方案:由于低通滤波器的截止频率确定与载波频率有关,所以为了在 400hz 和 50hz 两种频率下方便计算,
决定统一
//两种频率下的载波频率,即 PCA 模块频率,即:
//===@400HZ,PCA 时钟源为系统时钟同样 2 分频,即载波频率为:Fc=11059200/2/256=21.6khz
//*****2.2016.6.30***********
//增加外置按键做到 400hz 和 50hz 的一键切换
//主程序中增加按键检测程序,程序中进行定时器初值的赋给
//===@50hz ,定时器初值 TH0_h=0xf7 TH0_l=0xff
//===@400HZ,定时器初值 TH0_h=0xfe TH0_l=0x1d
//~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
~~~~~~~~~~~~~~~
/********包含头文件*********/
#include <STC15F2K60S2.H>
#include <intrins.h>
/**********宏定义*********/
#define ui unsigned int
#define uc unsigned char
#define MAIN_FOSC 11059200UL //定义主时钟频率 11.0592Mhz
/*********全局变量**********/
uc pwm_value;
uc pionter; //查表索引指针
bit flag_zf; //正弦波前后半周标志位
uc TH0_h,TH0_l;//定时器初值
uc half_value; //半周转换值
/**********硬件接口定义定义************/
sbit SPWM_out1=P2^5;
sbit SPWM_out2=P2^6;
sbit EN_H1=P2^1;
sbit EN_H2=P2^2;
23 / 30
sbit key_400hz=P2^3;
sbit key_50hz=P2^4;
/**********正弦波表,包括 400hz 和 50hz***********/
uc code SPWM_50hz[54] = {255,240,226,211,196,182,168,154,141,128,115,
103,91,80,69,59,50,42,34,27,20,15,10,6,3,1,0,
0,1,3,6,10,15,20,27,34,42,50,59,69,80,91,103,
115,128,141,154,168,182,196,211,226,240,255
}; //50hz 正弦波表
uc code SPWM_400hz[27] = {255,226,196,168,141,115,91,69,50,34,20,10,3,0,
3,10,20,34,50,69,91,115,141,168,196,226,255
};//400hz 正弦波表
/********ms 延时********/
void delay_ms(ui z) 
{
uc x,y;
do
{
for(x=12;x>0;x--)
for(y=169;y>0;y--);
}
while(--z);
}
/*******PCA 模块初始化*******/
void PCA_init()
{
P_SW1=0X20; //端口切换
CCON=0X00; //清零中断标志位
CL=0;
CH=0; //清零 PCA 计数器
CMOD=0X02; //@50Hz,PCA 时钟源:sysclk 二分频,修改后 400hz、50hz 通用
/* CMOD=0x08; //@400Hz,PCA 时钟源:sysclk 不分频,禁止 PCA 计数器溢出中断 */
CCAPM0=0X42; //PCA 模块 0 工作于 pwm 输出模式,允许比较器功能,无中断
CCAPM1=0X42; //PCA 模块 1 工作于 pwm 输出模式,允许比较器功能,无中断
PCA_PWM0=0X00; //PCA 模块 0 工作于 8 位 pwm 模式
PCA_PWM1=0X00; //PCA 模块 1 工作于 8 位 pwm 模式
/* CCAP0H=SPWM_50hz[0];
CCAP0L=SPWM_50hz[0]; 
CCAP0H=SPWM_50hz[0];
CCAP0L=SPWM_50hz[0]; */
CCAP0H=SPWM_400hz[0]; //用哪个都行,初始值都一样
CCAP0L=SPWM_400hz[0]; 
CCAP0H=SPWM_400hz[0];
CCAP0L=SPWM_400hz[0]; //初始化 PWM 的输出占空比 */
CR=1; //启动 PCA 计数器
}
24 / 30
/*******定时器 0 初始化********/
void TIMER0_init(void)
{
600/54=400hz
ET0=1; //开启定时器 0 中断
TR0=1; //启动定时器 0 }
/****定时器 0 中断服务程序*****/
void TIMER0_ISR(void) interrupt 1
{
/* TH0=0xf7;
TL0=0xff; */
TH0=TH0_h;
TL0=TH0_l; //重装定时器初值
pionter++; //正弦波表索引指针加一
if(pionter==half_value) //正弦波表值使用完后进行前后半波转换
{
CR=0; //暂停 PCA 计数器
pionter=0; //索引指针清零
flag_zf=~flag_zf; //半周标志位取反
if(flag_zf) //设置后半周
{
SPWM_out1=0; //模块 0 的 pwm 输出置 0
CCAPM0=0X00; //关闭 pca 模块 0
CCAPM1=0X42; //开启 pca 模块 1 }
else //设置前半周
{
SPWM_out2=0; //模块 1 的输出置 0
CCAPM0=0X42; //打开 pca 模块 0
CCAPM1=0X00; //关闭 pca 模块 1 }
CR=1; //再次开启 PCA 计数器
}
if(flag_zf==0) //根据中断标志位,只对符合条件的模块进行 pwm 占空比的改变
{
if(key_400hz==0) {CCAP0H=SPWM_400hz[pionter];}
else
if(key_50hz==0) {CCAP0H=SPWM_50hz[pionter];}
25 / 30
}
EN_H1=1;
EN_H2=1; //使能半桥驱动器,使全桥工作
TIMER0_init();
PCA_init();
EA=1; //开总中断
while(1)
{
while(flag==0) //频率切换
{ 
if(0==key_50hz)
{
delay_ms(5);
if(0==key_50hz) //进行定时器初值和半周值的设定
{
TH0_h=0xf7;
TH0_l=0xff; //50hz
half_value=54;
flag=1;
CR=1;
} }
else
if(0==key_400hz)
{
delay_ms(5);
if(0==key_400hz)
{
TH0_h=0xfe;
TH0_l=0x1d; //400hz
half_value=27;
flag=1;
CR=1;
26 / 30
} } }
while(flag)
{
if((key_400hz&&key_50hz)==1) //利用开关自身的机械延迟特性
{ //flag 为 0 时表示机械开关切换时两开关都悬空的短暂状态
flag=0;
CR=0; //切换时暂时关闭 PCA 计数器
}
//***AD 转换及其它程序***// //*待定*//
} }
程序 2:采样显示程序
//=========================================================
//硬件配置:系统时钟 12Mhz,不分频
//定时器 0 速度为 12T,模式为 1--16 位不可重装
//定时器 2 作为串口 1 的波特率发生器,速度为 1T,波特率为 115200
//=========================================================
#include <STC15F2K60S2.H>
#include <INTRINS.h>
#include <stdio.h>
#define FOSC 12000000L //宏定义时钟频率
#define BAUD 115200 //串口波特率
#define ADC_POWER 0x80 //ADC 电源控制位 1000 0000 上电
#define ADC_FLAG 0x10 //ADC 完成标志 0001 0000 查询是否转换结束
#define ADC_START 0x08 //ADC 起始控制位 0000 1000 开始
#define ADC_SPEEDLL 0x00 //540 个时钟 0000 0000 选择速度 540*8=4320
#define uc unsigned char
#define ui unsigned int
float Temperature; //电瓶温度
float BetteryVoltage; //电瓶电压
float BetteryCurrent; //电瓶电流
ui RemindingPower; //剩余电量
uc idata buf[130];
uc counter;
bit flag;
bit busy;
sbit DQ = P3^7; //--- DS18B20 引脚声明 ---
//--- main 主程序区 ---
void main(void)
{
ADC_init();
Uart1_init();
27 / 30
Timer0_init();
EA = 1; //--- CPU 开中断 ---
SendString("CLS(8);DS24(25,54,'UPS 后备式不间断',2,0);DS16(84,150,'中北大学朔州校区',4,0);DS24(68,84,'
变频电源',2,0);\r\n");
delay_1s(3);
SendString("CIRF(60,125,5,2);\r\n"); //第零个点
delay_1s(3);
SendString("CIRF(80,125,5,2);\r\n"); //第一个点
delay_1s(3);
SendString("CIRF(100,125,5,2);\r\n"); //第二个点
delay_1s(3);
SendString("CIRF(120,125,5,2);\r\n"); //第三个点
delay_1s(3);
SendString("CIRF(140,125,5,2);\r\n"); //第四个点
delay_1s(3);
SendString("CIRF(160,125,5,2);\r\n"); //第五个点
delay_1s(3);
SendString("CLS(8);DS24(0,0,'电瓶',5,0);DS16(1,21,'电压: 电流: ',1,0);DS16(1,40,'温度:
剩余电量: %',1,0);DS24(0,55,'市电',5,0);DS16(0,76,'电压: V 电流: A',1,0);DS24(0,93,'输出
',5,0);DS16(0,117,'PF: 峰峰值: ',1,0);DS16(0,137,'状态: HZ 效率: V',1,0);\r\n");
TR0 = 1; //--- 启动 T0 定时开始工作 ---
while(1)
{
if(flag == 1)
{
flag = 0;
sprintf(buf,"温度:%.2f℃\r\n",Temperature); 
sprintf(buf,"DS16(45,42,'%.2f℃
',1,0);DS16(45,22,'%.2fV',1,0);DS16(144,22,'%.2fA',1,0);\r\n",Temperature,BetteryVoltage,BetteryCurrent);
SendString(buf);
} /*DS16(120,22,'%.2fA',1,0);DS16(45,42,'%3d',1,0); ,BetteryCurrent,RemindingPower */ 
} }
//--- T0 定时 1mS 溢出中断服务程序 ---
void T0_ISR(void) interrupt 1 
{
TH0 = (65536 - FOSC / 12 / 20) / 256; 
TL0 = (65536 - FOSC / 12 / 20) % 256;
counter++;
if(counter == 20)
{
BetteryVoltage = GetADC_result(0);
BetteryCurrent = GetADC_result(1);
28 / 30
/* RemindingPower = (BetteryVoltage-10.8)/3.8*100; */
Temperature = Temp_Change();
counter = 0;
flag = 1;
} 
}
//***串口 1 中断服务程序***//
void Uart1_ISR() interrupt 4 using 1
{
if (RI)
{
RI = 0; //清除 RI 位 }
if (TI)
{
TI = 0; //清除 TI 位
busy = 0; //清忙标志
} }
2019/11/28 23:09:41
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qmx1998
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                  图 1.SPWM 波形                                                                图 2.推挽开关管波形

2019/11/29 23:49:11
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GJGJ
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顶贴,加油呀
2019/11/30 23:59:15
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qmx1998
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连长

在参加比赛的这四天三夜中一起度过了一次难忘的经历,现在将自己的经验写下来,希望可以给后来的参赛同学带来一定的启发和帮助。

在比赛开始前的一个月的时间里面,我们组的人都一直在做往年的题目增加一些实战经验,我们的主攻方向放在了稳压直流电源上,我们都在做一些功能模块,类似主回路模块,显示模块,稳压模块,我们希望等到题目出来了,我们就可以直接根据题目要求在原来做好的板子上增加或者减少相应的模块进行调试,这样我们就可以大大减少到时候制作的时间。同时我们在比赛前一段时间通知了比赛所需要的芯片,老师们根据材料预测了今年的题目,觉得今年新加的感应芯片是关键,于是我们组中专门有一个人去研究这个芯片,看它的原理图,看它的芯片资料,下载程序运行,实际调试看现象和数据,这样我们的准备工作就是这样做的。

由于我们听取了老师们往年参加电赛的意见,分工明确对整个制作效率有很大的帮助.于是我们提前将工作分好了,一个人负责程序的主要调试工作,一个人负责硬件的驱动,以及一个人去熟悉大赛指定的芯片,这样将每个人的工作分配到清楚,这样使每个人的力量发挥到最大,我感觉这个分工在比赛中对整体最有帮助,而且在比赛时我们当中如果没有有人事先将自己的工作做完,就会去帮助其他人完成工作,我和负责熟悉芯片的人在弄完了自己的事情后,就一直候着主调人员旁边,一起想程序怎么写。

大赛题目公布的时候,我们都傻眼了,本来准备去做buck的,但是今年的题目需要做的是一个UPS变频电源,在这一块我们完全没有涉及到,但是仍然坚持努力了一番,主要还是有大神做主场的因此还算进行的比较顺利。

在这四天三夜里面我和同组人员一起度过了一个难忘的时间,我们都收获了一份难得的经验,我相信这对我们未来会起到一定的帮助.同时我也将这份经验写出来希望可以对后来参加电赛的同学有帮助。

下面是当时调试时的一份图

2019/12/01 18:54:23
47
fanroom
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LV1
士兵
感谢你的帖子,能否把电路图等资料打包发给我,fanroom@163.com  谢谢!
2019/12/03 17:55:10
50
xiaoleng
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:6
LV1
士兵
楼主您好,想学习一下电池充电器的相关电路,可以给我发一份资料吗,谢谢。1511910253@qq.com
2019/12/04 16:12:05
51
xu518dong
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:4
LV1
士兵
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