基于单片机.直流斩波电路的设计说明书.doc

word完美格式 精心整理 学习帮手 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直流斩波电路的基本方法，直流斩波电路的相关知识以及用单片机产生ＰＷＭ波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信号以及信号占空比调节的方法。对于实现直流斩波提供了一种有效的途径。本次设计中以直流降压斩波电路为例。 关键词：单片机最小系统； 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 驱动电路更加复杂。 设计方案： 用单片机为控制核心，以电力电子器件ＩＧＢＴ为主电路关键器件，完成直流斩波器的电路设计，包括控制程序设计、电力电子器件驱动、信号隔离及其它的一些保护部分。 指标要求：输入电压要求：ＡＣ　220Ｖ　50Ｈz 　　　　　输出电压为0——180Ｖ　　输出功率：1ＫＷ 设计框图 本设计总体框图如图所示，系统分为五部分：主电路、控制电路、集中隔离与驱动电路等。主电路即直流斩波电路，这个电路把输入的220Ｖ电压变为0到180Ｖ的输出电压：控制电路实现变换控制器的实时控制，综合给定和反馈信号，微控制器处理后为斩波开关器件提供开通、判断信号和保护功能；信号隔离驱动电路完成信号的隔离和为斩波开关器件提供驱动信号；采集电压信号，输出电压模拟量，通过ＡＤ转换器转换成微控制吕能处理的数字量；电流保护电路防止系统过电流而损坏器件；低压电源电路为系统提供稳定的工伯电压；续流电路的作用为：当斩波开关关断时，电路中电流能连续流过负载。 主电路形式与控制算法 根据设计任务的要求：主电路输入电压为220Ｖ，输出电压为180Ｖ最大，所以采用降压斩波电路。 降压直流斩波电路可以分为隔离型降压直流斩波电路和非隔离型降压直流斩波电路。隔离型降压直流斩波　电路的能量输出是由高频变压器耦合完成的，该变压器可以使斩波的输入电源与负载之间实现电气隔离；非隔离型　降压直流斩波电路在工作期间输入源和输出共用一个共同的电流通路。根据设计任务的要求，本设计选择隔离型ＤＣ－ＤＣ斩波器。 系统的控制核心为微控制器，由于控制新芯片的指令执行速度是一定的，其输出脉冲最小宽度受到限制，因此在控制算法——调整占空比的实施中拟采用保持脉冲宽度不变，而调整脉冲周期的做法。即斩波开关的关断时间不变，当根据输入电压的要求而相应的改变导通时间，这样同样可以得到通过电压而控制占空比的要求。 ＩＧＢＴ的特性： 作为主电路的关键器件，ＩＧＢＴ的特性对于电路的工作有重要的影响。 主电路工作原理与原理图： 　　主电路如图所示，控制电路产生开关信号控制斩波开关ＩＧＢＴ导通与关断，电感电容起到低通虑波的作用，在斩波开关Ｖ关断期间由二极管完成续流。在实际工作时，当单片机产生的ＰＷＭ脉冲使Ｖ导通后，电容开始充电，输出电压回到负载两端。在电容充电过程中，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，此时，续流二极管因反向偏而关断，经过开通时间后，当控制信号使ＩＧＢＴ关断时，在Ｌ两端产生的感应电势使二极管导通，Ｌ储存的能量便通续流二极管完成续流，同时将能量供给负载，经过关断时间，控制脉冲又使ＩＧＢＴ导通，上述过程重复发生。 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18