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【風采匯】+UPS 后備式不間斷變頻電源 (正弦波逆變)
閱讀: 5710 |  回復: 51 樓層直達

2019/10/14 00:39:19
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qmx1998
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連長

QQ截圖20160321155901  【活動進行中……】禮遇感恩節!參與頂樓  免費送儀器

QQ截圖20160321155901   【風采匯】參與有獎!獲獎作品分享大賽



這次比賽是跟著一位大神組隊的,獲得過省一,最近有點事因此我會陸陸續續更新,關于UPS的資料我也會開源出來,又想要的小伙伴可以聯系我哦。

首先介紹一下UPS

UPS 不間斷電源是由電池組和其他電路組成,能在電網停電時提供交流電力的電源設備,不會因短暫停電而中斷設備的供電,可以一直供應高品質電源,從而有效保護精密儀器。不間斷電源現已廣泛應用于:航天、工業、通訊、國防、醫學院、計算機業務終端等領域。本題目通過 STC15F2K60S2 主控芯片產生 spwm 調制信號,利用單片機的高精度、高效率完成了常用 50hz 工頻和 400hz 中頻的正弦交流電能的產生,并且做到輸出電壓可調、頻率可切換,同時加入了諸多關鍵參數的顯示和對電源智能化的安全保護。輸入加入了主動式功率因數校正器,提高了電源的利用率。前級采用了推挽拓撲,高效的為逆變后級提供穩定的直流電壓。市電電瓶切換速度快,無明顯間斷現象。

UPS 種類多樣,實現方法各不相同,系統復雜。本題目要求完成一臺輸出電壓等級為 24v和 36v 正弦交流、輸出頻率為 50hz 和 400hz 且可切換的 UPS 后備式變頻電源,50hz 和 400hz是工頻和中頻典型值,24v 和 36v 也是工業、軍事常用電壓等級。電瓶充電方法要求采用較為先進的慢脈沖充電法和 Reflex TM 充電法。同時還需要加入功率因數校正電路使功率因數達到 0.9 以上。經過一段時間的研究制作,已完成題目的大部分要求,較好的實現了設計要求。 

原理圖

2019/10/16 11:40:33
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qmx1998
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連長

      UPS 種類多樣,實現方法各不相同,系統復雜。本題目要求完成一臺輸出電壓等級為 24v和 36v 正弦交流、輸出頻率為 50hz 和 400hz 且可切換的 UPS 后備式變頻電源,50hz 和 400hz是工頻和中頻典型值,24v 和 36v 也是工業、軍事常用電壓等級。電瓶充電方法要求采用較為先進的慢脈沖充電法和 Reflex TM 充電法。同時還需要加入功率因數校正電路使功率因數達到 0.9 以上。經過一段時間的研究制作,已完成題目的大部分要求,較好的實現了設計要求。

      本設計電瓶采用 12V 電動車鉛酸蓄電池,終止放電電壓為 10.8V。市電由工頻變壓器降壓到 12VAC 后進行整流濾波,并送入到 BOOST 型主動式功率因數校正器(APFC)中,校正的同時得到 20VDC 的穩定直流電壓。由此可知,能送入逆變器的電壓為直流 10.8V-20V。題目要求輸出 24V-36V 的交流電壓,在不考慮直流損耗的情況下逆變需要的直流母線電壓為34VDC-51VDC,因此前級需要一個升壓的拓撲結構,將來自電瓶和市電的直流低壓轉化成穩定的直流高壓。能實現這一功能的較為高效的拓撲結構有 BOOST 型和推挽型。 

       BOOST 型拓撲是一種非隔離式拓撲,效率較高,制作簡單,適用于小功率應用場合。缺點是抗干擾能力差,異常時對負載損害較大。推挽型是隔離式拓撲,兩個開關管輪流交替工作,相當于兩個開關電源同時輸出功率,其輸出功率相當于兩個單一開關電源的輸出功率,因此,推挽式結構輸出功率很大,效率很高,非常適用于低電壓應用場合,在逆變電路中應用非常廣泛。綜合以上優點,本設計前級選擇隔離推挽式拓撲結構。

2019/10/17 12:47:55
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川理學子[版主]
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營長
頂頂!!!!
2019/10/18 23:21:37
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連長
1 逆變信號 SPWM 波的產生有倆種
a.硬件生成法:
硬件生成法就是通過模擬電路構成三角波載波和正弦調制波發生電路,用比較器來確定它們的交點,在交點時刻對開關器件的通斷進行控制,就可以生成 SPWM 波。但是,這種模擬電路結構復雜,難以實現精確的控制。
b.軟件算法生成:
由于微機技術的發展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易,因此,軟件生成法也就應運而生。軟件生成法其實就是用軟件來實現調制的方法,通過芯片自帶的 PCA/PWM 模塊或由系統定時器產生一系列寬度不等的脈沖來驅動逆變電路,也可以得到 SPWM 波。

由于題目中有大量的顯示檢測項目,因此不可避免的要用到單片機進行處理。綜合題目要求和實際制作時的難易,本設計中選擇軟件法生成 SPWM 驅動信號。 

而全橋和半橋結構在逆變電路中都有很廣泛的應用。半橋結構由兩個開關管輪流交替導通,輸出功率大,耐壓高,效率高,比全橋結構簡單,但是其自身電壓利用率低,不適用于低電壓應用場合。全橋結構工作時有兩組功率管輪流導通,呈對角導通原則,輸出功率高,損耗較小,效率高,開關器件耐壓值特別低,選擇余量較大。

2019/10/18 23:28:53
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qmx1998
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連長

      功率因數(PF)指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系,也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。由于電源中大量的非線性器件,導致從市電中取得的電壓電流波形有了相位差,而且電流波形產生畸變,不再是標準的正弦波。功率因數校正就是盡可能的減小電壓電流相位差,并使電流波形正弦化。

      功率因數校正分為主動式和被動式。被動式結構簡單,設計要求低,但是體積大,校正效果不理想,功率因數很難達到 0.8 以上。主動式 PFC 電路具有體積小,重量輕,通過專用IC 去調整電流的波形,對電流電壓間的相位差進行補償。主動式 PFC 可以達到較高的功率因數──通常可達 98%以上,輸入電壓范圍寬等優越的電氣性能,但成本也相對較高。
        雖然主動式功率因數校正設計復雜,但是可以輕松實現題目要求的 0.9 的功率因數,并且可以改善電流畸變,自帶 BOOST 穩壓輸出,在本設計中能體現很高的優越性。所以,綜合題目要求和現實意義,選擇校正效果更好的主動式功率因數校正方案。

2019/10/21 00:22:43
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qmx1998
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        UPS 中電瓶在市電正常時一直處于等待接入狀態,在市電失壓或過壓時能立即接入逆變電路中繼續為負載提供不間斷的輸出。而且切換時間盡可能短,無明顯切換間斷現象。這就要求一方面切換管理電路盡可能完善,要做到實時監控,另一方面處于等待狀態的電瓶要保持滿電狀態,或在進行一個階段的電瓶供電后,在市電恢復時能立刻高效的將電瓶充滿。充電可供選擇的方案有普通恒流充電法、分段式充電法和題目要求的滿脈沖充電法。
2.42 方案選擇
       普通充電法和普通分段式充電法都對蓄電池有極大的損害,如果充電方法不合理,將會引起蓄電池過充電、發熱、失水,容易導致蓄電池失效。由電化學原理可知,蓄電池充電時普遍存在極化現象,如果能在充電過程中提供一個充電間歇期,將會使極化現象減輕,由此帶來的蓄電池充電損害也大大減小。因此,本設計中采用滿脈沖充電法,以提高電瓶壽命。 
2019/10/21 00:25:55
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qmx1998
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充電器的設計

UC3909 簡介

       UC3909 是由美國 Unitrode 公司(現已被美國 Texas Instrument 收購)推出的一款蓄電池專用充電控制管理芯片(引腳定義見圖 3.1a)。利用 UC3909 充電控制器,可以組成開關型鉛酸電池快速充電器。該芯片中的平均電流型 PWM 控制電路,可產生充電狀態邏輯電平。充電狀態邏輯電平根據充電狀態控制充電器的輸出電壓和電流。該芯片中的欠壓封鎖電路,保證加入足夠的電源電壓。此外該芯片中還含有差動電流取樣放大器、精度為 1%的基準電壓,-3.9mV/℃熱敏電阻線性化電路、電壓和電流誤差放大器、PWM 振蕩器、PWM 比較器、PWM 鎖存器、充電狀態譯碼器和一個 100mA 的集電極開路輸出驅動器。 

       基于鉛酸蓄電池的特性,基于 UC3909 的四階段充電方式充電狀態如圖所示。 四階段充電方式可以為其提供在不同狀態時合適的充電電壓和電流,將恒流充電快速安全地對蓄電池進行初始充電和恒壓充電進一步對蓄電池充電有效地結合起來,從而使蓄電池的容量達到額定值,延長其壽命。
狀態 1:涓流充電(T0-T1)
當蓄電池的電壓低于終止電壓即所設定的門檻電壓 Vch 時,充電器將提供一個很小的充電電流 Itr 進行充電,這是為了防止把恒流充電時的大電流灌入損壞蓄電
池。對于正常的蓄電池,電池電壓會逐漸上升,直到門檻電壓 Vch,充電器將進入下一個階段,恒流充電。當蓄電池的初始電壓高于門檻電壓 Vch 時,充電器將越過涓流充電狀態而直接進入恒流充電。 
狀態 2:恒流充電(T1-T2)
充電器提供一個恒定的充電電流 Ibulk 給蓄電池。在這個階段,蓄電池的容量快速增加,直到蓄電池的電壓上升到過壓充電電壓 Voc,蓄電池進入過壓充電。
狀態 3:過壓充電(T2-T3)
在過壓充電狀態,充電器提供一個略高于蓄電池額定電壓的恒定電壓 Voc 給蓄電池,以使蓄電池能量最后達到飽和。這個階段充電電流逐漸減小,直到 Ioct,表明蓄電池已被充滿,
進入浮充狀態。Ioct 的值可以設定,通常為 Ibulk/5。
狀態 4:浮充充電(T3-)

充電器提供一個恒定的帶有溫度補償的電壓 Vf 給蓄電池,來維持蓄電池容量保持不變,同時會提供很小的浮充電流,彌補蓄電池自身放電造成的容量損失。

2019/10/21 00:28:45
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qmx1998
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充電器設計 外圍電路及元件計算公式

(1) 選擇 RS1 、RS2 、RS3 和 RS4
基本計算公式如下:
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
電瓶的幾個基本電壓參數為:
VOC = 15V //浮充電壓
V T = 10. 2V //涓流充電電壓
V F = 14V //過充電壓8 / 30
I TC = 40MA //涓流充電電流
IBULK = 2.0A //恒流充電電流
IOCT = 200MA //過充充電電流
計算得到的幾個關鍵原件值:
RS 2 = 23. 7kΩ≈24kΩ RS 1 = 252kΩ
RS 3 = 54kΩ≈56kΩ RS 4 = 466kΩ≈470kΩ
(2) 選擇 RG1 和 RG2
基本計算公式如下:
I TC = T TRCK*RG1 / 5*RS
I TRCK = 0.115V / RS
RG1 / RG2 = 1.852*I BULK*RS
計算得到的幾個關鍵原件值:
RG1 = 2kΩ RG2 = 5. 4kΩ≈5. 6kΩ
b.原理圖:

2019/10/21 00:30:45
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qmx1998
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充電器主電路由 UC3909結合外圍電路組成,實現四段式智能充電。配合一個 8 位的STC15F104W/DIP8 封裝的單片機,產生 3min/0.5min 的循環控制脈沖,時序為 3min 的使能低電平使充電器工作,0.5min 的關斷高電平使充電暫停,在此間歇期使電瓶去極化,達到增加電瓶壽命,保護電瓶的目的。

2019/10/21 00:32:42
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qmx1998
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逆變器的前級設計

逆變器前級通過TL494設計的,TL494 是一種固定頻率脈寬調制電路(見圖 3.2a),它包含了開關電源控制所需的全部功能,廣泛應用于橋式單端正激雙管式、半、全橋式開關電源。其主要特征有:

1、集成了全部的脈寬調制電路。
2、片內置線性鋸齒波振蕩器,外置振蕩元件僅兩個
3、內置誤差放大器。
4、內置 5V 參考基準電壓源。
5、可調整死區時間。
6、內置功率晶體管可提供 500mA 的驅動能力。

7、推或拉兩種輸出方式。

2019/10/21 00:35:55
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qmx1998
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連長

逆變器的前級電路參數及原理圖

a.推挽結構變壓器參數:
變壓器骨架:EC42
磁芯材質:錳鋅軟磁鐵氧體
初級:0.51mm 漆包線 5 股并繞 5T+5T,中間抽頭,單極感量約 70uh
次級:0.8mm 漆包線單股 25T,感量約為 2mh
工藝:手工繞制,絕緣漆浸封
b.其它結構參數
推挽功率管:IRF3205 N 溝道 MOSFET,Ids-110A,Vds-55V,Vgs±20V
次級輸出整流二極管: SR560,5A/60V,肖特基二極管
π型濾波器:濾波電容:100V/470UF*2PCS 高頻電解電容
濾波電感:鐵硅鋁磁環 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,頂一下。問一下哈,我現在也做逆變這塊的,能不能詳細介紹一下逆變輸出側接的LC電路,主要是電容,仿真我設置的150uf濾波效果較好,但實驗中用的cbb61電容我網上查了一下容值在30uf一下,仿真中30uf濾波效果差。問一下這塊你是咋做的。
2019/10/31 23:57:09
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qmx1998
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連長

基本理論是根據這個計算的

2019/10/24 13:36:10
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yaoyong18207748450
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士兵
你好,請問能把你的工程文件原理圖和PCB發給我一份學習嗎?謝謝!我的郵箱[email protected]
2019/10/31 23:49:21
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qmx1998
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連長
好的,馬上發
2019/11/19 19:15:04
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yaoyong18207748450
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士兵
對不起哈,之前我留的郵箱寫錯了,麻煩能再發一次給我嗎?我的郵箱:[email protected]  謝謝
2019/11/29 19:27:02
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xiaoleng
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士兵

您好,能發我一份嗎,想學習下充電的電路,謝謝!

[email protected]

2019/12/02 15:00:37
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xiaoleng
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士兵
您好,麻煩能給我發一份嗎,[email protected],謝謝
2019/11/01 00:02:22
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qmx1998
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連長

逆變器前級電路原理:

        來自電瓶或市電整流濾波后的直流電壓,經由推挽變換器兩個開關管的輪流導通變換,使初級兩極線圈中產生方向相反的勵磁電流,并在次級感應出高頻交流電。輸出經過四個肖特基高速二極管構成的全橋整流電路后,變為脈動直流電,再經由兩個高頻電解電容和一個磁環電感組成的π型濾波器,得到穩定的紋波系數很小的直流電壓送入逆變后級使用。推挽變換器的兩個開關管開關信號由 TL494 給出,輸出形式為雙端輸出。利用 TL494 自帶的兩個誤差放大器(見圖 3.2b),構成兩個閉環反饋,穩壓環和限流環。限流環在額定的電流時不起作用,不能對穩壓環造成干擾,只有當電流超過限定電流時才出面干預,減小占空比,降低輸出電壓,達到限流目的。

       穩壓功能通過誤差放大器一實現。誤差放大器一反相輸入端 2 腳接參考電壓,參考電壓由 14 腳自帶的 5v 基準電壓分壓獲得。正相輸入端 1 腳電壓由輸出直流經電阻分壓后獲得,構成電壓的閉環反饋,當反饋電壓大于參考電壓時,494 自動減小輸出占空比,使輸出電壓減小;當反饋電壓小于參考電壓時,494 自動增大占空比,使輸出電壓增大。通過不斷對占空比的調整,始終保持反饋電壓與基準電壓保持一致,這樣就達到了穩壓的目的。
         過流保護的原理與此類似,兩個誤差放大器的特性是完全相同的。誤差放大器 2 的正相輸入端 16 腳接芯片參考地,反相輸入端 15 腳通過電阻分壓后接系統地。當正常工作時,15腳的電位相對于 16 腳始終是正的,當電流超過設定的保護電流時,由于系統地在取樣電阻上的壓降而使其相對于芯片的參考地電位變為負,此時電流誤差放大器開始起作用,減小輸出占空比,降低輸出電壓,以使輸出電流維持在限定電流以下。

           TL494 通過 5 腳、6 腳外接的 RC 電路起振,內部線性的鋸齒波振蕩器頻率有外部的兩個器件決定,近似的振蕩頻率公式為:

                                                                                  f=1.1/R*C

         本電路的工作頻率約為 25Khz。13 腳的輸出控制端接 5V 參考電壓,使其輸出為雙端輸出,兩路輸出互為反相,內部自帶死區時間,也可通過對 4 腳死區時間控制端施加 0-3.3V 的電壓來調整輸出死區時間。4 腳通過 10uf 的電容和 10K 的電阻構成軟起動,將輸出占空比由 0 緩慢增加到最大,避免了對負載的沖擊。 

2019/10/29 18:06:57
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菜鳥攻城獅
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士兵
樓主你好,請問能發一份資料嗎?[email protected],感激不盡
2019/10/31 23:49:28
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qmx1998
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好的,馬上發
2019/11/01 00:07:01
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qmx1998
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逆變后級設計中自舉升壓驅動電路及 IR2104 簡介 

在全橋變換拓撲中,由于四個開關管的源極是不共地的,當低端管關斷時,高端管的源極電位會被抬升到電源電壓,此時如果給出和低端管相同的驅動信號,高端管將不能導通,導致電路不能正常工作。因此,需要用到自舉升壓驅動方案。IR2104是國際整流器公司(IR)推出的 一款自舉升壓驅動芯片,典型應用電路見圖

2 腳 IN 為驅動信號輸入腳,3 腳 SD 為芯片輸出使能端,低電平有效。5 腳為低端信號輸
出端,與 2 腳的輸入信號反相,7 腳為高端信號輸出端,與 2 腳的驅動信號相位相同。自舉
電容和自舉二極管是設計時電路中的關鍵原件,其合適的參數才能使電路正常工作。 

2019/11/02 19:14:04
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HL_ZXM
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排長

好貼!高手啊!

最近也要做類似這個的項目,請問UPS切換是時候是什么時候切換比較好?

網上看見有的是在市電過零點,也要在最高點的,

2019/11/02 23:43:40
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qmx1998
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連長
我是在過零點切換的,系統屬于較小型的
2019/11/03 00:29:47
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qmx1998
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后級逆變原理及原理圖 

后級逆變電路結構采用全橋拓撲方案(見圖 3.3c),由 4 只 IRF3205(見圖 3.3)組成 H橋式結構,Q1、Q4 和 Q2、Q3 分別互為兩組對角,工作時兩組對角輪流導通。MOS 驅動芯片選用 IR2104 自舉升壓驅動方案,因為全橋結構的四只功率管不共地,高端開關管的源極會在同一側橋臂的下管關斷時電位被抬升至電源電壓,如果直接驅動,上管將無法開啟,逆變電路不能工作,因此需要選用自舉升壓電路來實現對高端功率管的開通。當下管導通時,電源 VCC 將通過二極管對電路中的自舉電容 C9、C10 充電。下管關斷后自舉電容一側電位被抬升,另一側電位疊加 VCC 形成比電源電壓更高的電壓加在上管的柵極使上管導通。逆變過程中開關管的開通關斷會產生大量的高次諧波,因此需要使用低通濾波器來濾除高次諧波。圖中由 L2、C8 組成 LC低通濾波器,電感采用 33*16*11.5 的鐵硅鋁磁環加 0.8mm 漆包線繞制,電感量越為 3.3mh,電容采用 105 的 CBB 電容,LC 值經多次實驗獲得最佳參數,經此濾波器濾波后得到了純凈的正弦波。 

2019/11/03 00:31:05
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qmx1998
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SPWM 正弦脈寬調制信號的產生,使用由國內宏晶公司生產的 STC15W408AS 增強型 1T8
位 51 單片機,該芯片片上功能豐富,自帶三路 PCA/PWM 模塊,內部集成高精度 RC 時鐘電
路,最高可達 33Mhz,自帶硬件看門狗可防止逆變信號異常。電路原理見圖 3.4c。
SPWM 正弦脈寬調制是靠芯片自帶的 PCA/PWM 模塊實現的,芯片自帶 3 個捕獲比較模
塊,本題目中用到其中兩路。調制方法為單極性正弦脈寬調制,基本原理為等效面積法(見
圖 3.4b),即在一個正弦周期內用寬窄不等的方波來等效正弦波。利用這一思想,將單片機
的 PCA 模塊通過配置相關寄存器配置為 PWM 輸出,輸出占空比呈周期性正弦規律變化,將
占空比數值通過計算制成正弦波表(見圖 3.4a)存入芯片 ROM 中,在程序執行時以供調用,

現結合全橋結構和程序將實現原理作簡單說明:

2019/11/03 00:32:10
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qmx1998
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PCA 模塊中有一個特殊的 16 位寄存器,用來儲存 PCA 計數器的初值,包括高 8 位寄存
器 CH 和低 8 位寄存器 CL。每個 PWM 模塊都與該模塊相關的捕獲寄存器,用來儲存捕獲比
較的初值,同樣包括高 8 位 CCPnH 和低八位 CCPnL(n=1、2、3),當捕獲比較模塊配置成 8
位 PWM 輸出后,兩種寄存器用到其中的低八位作比較功能,高八位的值在低八位溢出后自
動填充到低八位中,這樣可以做到無干擾的刷新 PWM。當寄存器 CL 中的值小于寄存器
CCPnL 中的值時,相應管腳輸出低電平,當寄存器 CL 中的值大于等于寄存器 CCPnL 中的值
時,相應管腳輸出高電平。要想改變 PWM 的輸出占空比,只需改變寄存器 CCPnL 中存放的
值即可,通過計算后得到相應的數值,對應的是按正弦規律變化的占空比輸出,這樣就得到
了一路 SPWM 調制信號。
PCA 模塊的溢出頻率決定了 SPWM 調制的載波頻率,其實單片機產生 SPWM 不存在載
波,調制信號是通過數字的方法直接生成的。定時器的溢出率決定了基波的頻率,也就是最
后得到的正弦波的頻率,因為定時器的溢出率決定了一個 SPWM 周期內的的占空輸出在多長
時間內執行完,但需要把握好定時器溢出率與 PCA 模塊溢出率之間的整數倍關系,否則由于
在一個定時周期內無法執行完整的 SPWM 占空輸出而使最后產生的正弦波形畸變。只要改變

定時器初值即可改變輸出頻率,很容易達到題目中的變頻要求。 

2019/11/03 09:13:03
25
HL_ZXM
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LV3
排長

看了受益匪淺啊!

你的輸出穩壓是如何調節的啊。

2019/11/23 23:00:24
28
qmx1998
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連長
互感器采樣,用軟件程序做的閉環
2019/11/20 14:39:02
27
z39613619
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連長

樓主方便發一份資料學習下嗎[email protected]    感謝!

2019/11/23 23:00:36
29
qmx1998
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連長
好的
2019/11/23 23:13:33
30
qmx1998
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APFC 控制芯片 UCC28019 簡介 

UCC28019(見圖 3.5a)是一款 8 引腳的連續導電模式(CCM)控制器,該器件具有寬泛的通用輸入范圍,適用于 100W 至 2kW 以上的功率變換器。有源功率因數校正控制器 UCC28019 使用 Boost 拓撲結構,工作于電流連續導電模式。該控制器具有許多系統級的保護功能,主要包括峰值電流限制,軟過電流保護,開環檢測,輸入掉電保護,輸出過壓、欠壓保護,過載保 護,軟啟動,芯片內部將柵極驅動電壓箝位于 12.5V 。

主要特點有:

① 不需要對電網電壓進行檢測,減少了外圍元器件
② 寬范圍的通用交流輸入電壓
③ 65kHz 的固定開關頻率
④ 最大占空比達 97%
⑤ 輸出過壓、欠壓保護,輸入掉電保護
⑥ 單周峰值電流限制
⑦ 開環保護

⑧ 低功耗待機模式

典型應用電路如圖 所示:

2019/11/23 23:19:21
31
qmx1998
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APFC 電路原理及原理圖

UCC28019 主要通過兩個外部控制環路來實現功率因數校正的目的,使電流波形正弦化,使電壓、電流相位差達到最小。
(1) 電流環
系統電流環包括電流平均放大、脈寬調制(PWM)、外部升壓電感和外部電流傳感電阻等環節。從電流傳感電阻檢測到的負極性信號送人 ISENSE 引腳進行緩沖、反相放大后,得到的正極性信號通過電流放大器(gmi)進行平均,其輸出即為 ICOMP 引腳,ICOMP 引腳上的電壓與平均電感電流成比例,該引腳對地(GND)外接一電容提供電流環路補償并可對紋波電流進行濾波。平均放大器的增益由 VCOMP 引腳內部的電壓決定,該增益設置為非線性,因此可以適應全球范圍內的交流輸人電壓。無論芯片處于故障模式還是待機模式,ICOMP 引腳均在內部接至 4V 電平。脈寬調(PWM)電路將 ICOMP 引腳電壓信號與周期性的斜坡信號比較,產生上升沿調制的輸出信號,如果斜坡電壓信號大于 ICOMP 引腳電壓,則 PWM 輸出為高電平,斜坡的斜率是內部 VCOMP 引腳電壓的非線性函數。由內部時鐘觸發的 PWM 輸出信號在周期開始時為低電平,該電平會持續一小段時間,稱之為最小關斷時間(toff(min)),而后,斜坡電壓信號線性上升,與 ICOMP 電壓交叉,斜坡電壓與 ICOMP 電壓的交叉點決定了關斷時間(toff),也即 Doff,由于 Doff 滿足 Boost 拓撲結構的Dote=VIN/VOUT,而且輸人 VIN是正弦電壓, ICOMP 與電感電流成比例,控制環路會迫使電感電流跟隨輸人電壓呈現正弦波形以進行 Boost 調制,因此平均輸人電流也呈現正弦波形。PWM 比較器的輸出送入柵極(GATE)驅動電路,芯片的驅動電路具有多種保護功能,柵極輸出的占空比最高可達 99%,不過始終要存在一最小關斷時間。正常占空比工作時輸出過壓保護(OVP)、峰值電流限制(PCL)等,在每一周期均可直接關斷芯片的柵極輸出,欠壓鎖定(UVLO),輸入掉電保護(IBOP)和開環保護/待機(OLP/Standby)等,同樣也可以關斷柵極輸出脈沖,直至軟啟動開始工作才恢復其輸出脈沖。
(2) 電壓環
PFC 預調節器雙環控制的外環為電壓環,該電壓環主要包括 PFC 輸出電壓檢測、電壓誤差放大和非線性增益等環節。 PFC 預調節器的輸出電壓對地(GND)接一分壓電阻網絡構成電壓環路的檢測模塊。分壓電阻的比率由所設計的輸出電壓和內部的 5V 標準參考電壓來確定。和 VINS 引腳的輸人一樣,VSENSE 引腳上非常低的偏置電流容許選擇很高的實用電阻值,以降低功率損耗和待機電流。VSENSE 引腳對地(GND)接一小電容,可以有效濾除信號的高頻噪聲。
外圍電路相關參數的計算很復雜,在此參考美國德州儀器(Texas Instrument)官方網站(WWW.TI.COM)給出的輔助計算軟件(軟件截圖見圖 3.5e)來進行初步的理論值計算,結合后期的實際調試,使電路達到最好的工作狀態,達到高功率因數校正的目的。 

2019/11/23 23:25:53
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qmx1998
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系統模塊的連接

 簡要說明

市電經過 220VAC/12VAC 120VA 工頻環形變壓器降壓,由 20A 的整流橋整流后的脈動

半波電壓接入由 UC28019 控制芯片構成的主動式高功率因數校正器,校正器為 BOOST 升壓

型,經校正后再濾波輸出 20V 的穩定低紋波直流電,作為系統主電源接入電源切換管理電路,
同時 12V 蓄電池也接入切換管理電路。蓄電池接電池充電管理器,充電器由 UC3909 充電管
理芯片組成,在市電正常時對蓄電池進行慢脈沖充電,并具有電瓶過沖過溫保護。電源切換
管理電路由 LM393 構成的窗口電壓比較器加繼電器模塊實現,繼電器為高電平觸發,常開端
接市電,常閉端接電瓶,這樣保證在市電掉電的情況下能正常切換到電瓶供電。市電電壓、
電流經電壓、電流微型互感器隔離后由 OP07 運放組成的精密全波整流電路整理后轉化為真
有效值,與窗口電壓比較器的閾值電壓比較并做出相應動作。同時 AD 采樣芯片對該點進行
采樣并轉化為相應的市電電壓、電流送顯示屏顯示。當市電電壓在正常范圍內時由市電供電,
當市電電壓不在正常范圍內或斷電時切換為電瓶供電。電源切換管理電路出來的電壓一路送
入由 TL494 組成的前級推挽 DC/DC 變換器,將來自市電或電瓶的電壓穩定為所需的直流電
壓輸出,并送入由四只 IRF3205 功率管組成的后級正弦波橋式逆變電路中逆變,輸出經低通
濾波器濾波后,得到純凈的正弦波。另一路接入 BUCK/BOOST 輔助電源模塊,提供穩定的
+12V、+5V 輸出,供控制電路中的芯片和其它需要使用。主控 MCU 負責逆變信號的產生、
各顯示項目的采集顯示、系統的安全監測等,起著非常重要的作用。

2019/11/23 23:30:26
33
qmx1998
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系統調試

1.調試方法:
邊安裝邊調試。把一個總電路按框圖上的功能分成若干單元模塊電路,分別進行安裝和調試,在完成各單元格的基礎上逐步擴大安裝和調試的范圍,最后完成整體調試。對于新設計的電路,此方法既便于調試,又可及時發現和解決問題。
調試內容:
(1)通電前檢查
整體制作完畢,首先直觀檢查電路各部分接線是否正確,檢查電源,信號線,元器件引腳之間有無短路,期間有無接錯。
(2)通電檢查
接入市電,觀察電路中各部分器件有無異常現象,如果出現異常現象,應立即關掉電源,待排除故障后方可重新通電。
(3)單元電路調試
在調試單元電路時應明確本單元的工作要求,按工作要求測試性能指標和觀察波形。調試順序按信號的流向進行,這樣可以把前面調試過的輸出信號作為后一級的輸入信號,為最后的整體聯調準備條件。電路調試包括靜態和動態調試,通過調試掌握必要的數據、波形、現象,然后對電路進行分析、判斷、排除故障,完成調試要求。
(4)整體聯調

各單元電路調試完成后就為整體調試打下了基礎,整體聯調時應觀察各單元電路連接后各級之間的信號關系,主要觀察動態結果,檢查電路的性能和參數,分析測量的數據和波形是否符合設計要求,對發現的故障和問題及時采取處理措施。

仿真軟件采用 NI 公司的 Multisim10.0 進行,以下給出部分仿真效果圖示: 

2019/12/02 22:52:18
49
dai5
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LV1
士兵
你這個流程圖 ,怎么會有市電來了過零點切換呢?當市電來了整流經過PFC升壓,然后推完全橋輸出。當市電斷開,繼電器切換蓄電池然后推挽全橋輸出。
2019/11/24 01:59:25
34
松鼠1號
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LV1
士兵
樓主,資料能發我一份嗎?主要是軟件逆變的,是用查表還是計算??[email protected]
2019/11/27 00:48:16
36
qmx1998
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連長
好的,等一下統一發
2019/11/24 10:36:18
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romantic878595
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LV4
連長
挺好的,我也想要一份這樣的資料,我對400赫茲變交流那部分特別有興趣
2019/11/27 00:48:35
37
qmx1998
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連長
好的,等一下統一發
2019/11/27 00:51:50
38
qmx1998
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連長

系統能實現的功能

本系統可以輸入 220V 市電,輸出 24-36v 可調正弦交流電,輸出頻率為 400hz 和 50hz 兩
種,可一鍵切換輸出頻率。額定輸出電流 2.5A,最大輸出電流 3A。負載調整率和電壓調整
率都不超過 5%,具有輸出短路保護功能。可監測市電并在市電大于 242V 或小于 198V 時切
換由 12V 電瓶供電,電瓶具有過放保護功能,電壓降到 10.4V 時停止對外輸出,整個系統
關閉。

2019/11/27 00:55:20
39
qmx1998
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硬件測試:

測試記錄: 

2019/11/27 00:56:16
40
qmx1998
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系統功能及指標參數分析

根據上述測試數據,由此可以得出以下結論:
1、該電源輸出的交流電壓能夠保持較高的穩定性;
2、該電源具有良好的電壓調整率和負載調整率;
3、該系統采用有源功率因數校正,可改善電源輸入功率因數,電源交流輸入功率因數達到 0.9 以上;
綜上所述,本設計達到設計要求。

2019/11/27 23:46:31
41
qmx1998
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目前系統存在的問題

1.電源的開關頻率沒有達到最佳頻率,導致電源開關損耗較大,整體效率偏低,沒有充分

達到題目中的要求;
2.電路結構和參數設計不夠合理,導致抗干擾性較差,系統功耗偏高,穩定性上還需要繼
續的提高;
3.很多參數精度上還需要改善,例如市電電壓、電流的檢測中,雙運芳組成的真有效值轉
換電路輸出紋波偏大,轉換成實際的電壓電流后誤差較大,還需要一定的改進。 
2019/11/28 23:07:48
42
qmx1998
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連長

程序 1:SPWM 程序
//===MCU~STC15F2K60S2 
//===利用兩個 PCA 模塊產生兩路互補單極性 SPWM 波
//===第一路/ccp0_3/P2.5,第二路/ccp1_3/P2.6
//===全橋使能信號端 EN_H1/P2^1,EN_H2=P2^2
//******************************************************************************************
//===系統時鐘為 [email protected]
21 / 30
22 / 30
//===基波頻率為 50hz 的情況下,把一個正弦波分成 108 份,即正弦波表中有 54 個數值
//[email protected],PCA 時鐘源為系統時鐘 2 分頻,即載波頻率為:Fc=11059200/2/256=21.6khz
//[email protected], 定時器溢出頻率為:Ft=50*108=5.4Khz,此時 Fc=4*Ft(Fc 必須是 Ft 的整數倍)
//===基波頻率為 400hz 的情況下,把一個正弦波分成 54 份,即正弦波表中有 27 個數值
//[email protected],PCA 時鐘源為系統時鐘不分頻,即載波頻率為:Fc=11059200/256=43.2khz
//[email protected],定時器溢出頻率為:Ft=400*54=21.6khz,此時 Fc=2*Ft
//******************************************************************************************
//~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
//=========試驗日志=========
//*****1.2016.6.2***********
//程序可以跑通,驅動芯片工作,全橋工作,有輸出
//輸出低通濾波器 L=3.3mh,C=1uf,截止頻率=2778hz
//50hz 頻率下正弦波波形正常,400hz 頻率下波形畸變
//修改方案:由于低通濾波器的截止頻率確定與載波頻率有關,所以為了在 400hz 和 50hz 兩種頻率下方便計算,
決定統一
//兩種頻率下的載波頻率,即 PCA 模塊頻率,即:
//[email protected],PCA 時鐘源為系統時鐘同樣 2 分頻,即載波頻率為:Fc=11059200/2/256=21.6khz
//*****2.2016.6.30***********
//增加外置按鍵做到 400hz 和 50hz 的一鍵切換
//主程序中增加按鍵檢測程序,程序中進行定時器初值的賦給
//[email protected] ,定時器初值 TH0_h=0xf7 TH0_l=0xff
//[email protected],定時器初值 TH0_h=0xfe TH0_l=0x1d
//~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
~~~~~~~~~~~~~~~
/********包含頭文件*********/
#include <STC15F2K60S2.H>
#include <intrins.h>
/**********宏定義*********/
#define ui unsigned int
#define uc unsigned char
#define MAIN_FOSC 11059200UL //定義主時鐘頻率 11.0592Mhz
/*********全局變量**********/
uc pwm_value;
uc pionter; //查表索引指針
bit flag_zf; //正弦波前后半周標志位
uc TH0_h,TH0_l;//定時器初值
uc half_value; //半周轉換值
/**********硬件接口定義定義************/
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 延時********/
void delay_ms(ui z) 
{
uc x,y;
do
{
for(x=12;x>0;x--)
for(y=169;y>0;y--);
}
while(--z);
}
/*******PCA 模塊初始化*******/
void PCA_init()
{
P_SW1=0X20; //端口切換
CCON=0X00; //清零中斷標志位
CL=0;
CH=0; //清零 PCA 計數器
CMOD=0X02; //@50Hz,PCA 時鐘源:sysclk 二分頻,修改后 400hz、50hz 通用
/* CMOD=0x08; //@400Hz,PCA 時鐘源:sysclk 不分頻,禁止 PCA 計數器溢出中斷 */
CCAPM0=0X42; //PCA 模塊 0 工作于 pwm 輸出模式,允許比較器功能,無中斷
CCAPM1=0X42; //PCA 模塊 1 工作于 pwm 輸出模式,允許比較器功能,無中斷
PCA_PWM0=0X00; //PCA 模塊 0 工作于 8 位 pwm 模式
PCA_PWM1=0X00; //PCA 模塊 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]; //用哪個都行,初始值都一樣
CCAP0L=SPWM_400hz[0]; 
CCAP0H=SPWM_400hz[0];
CCAP0L=SPWM_400hz[0]; //初始化 PWM 的輸出占空比 */
CR=1; //啟動 PCA 計數器
}
24 / 30
/*******定時器 0 初始化********/
void TIMER0_init(void)
{
600/54=400hz
ET0=1; //開啟定時器 0 中斷
TR0=1; //啟動定時器 0 }
/****定時器 0 中斷服務程序*****/
void TIMER0_ISR(void) interrupt 1
{
/* TH0=0xf7;
TL0=0xff; */
TH0=TH0_h;
TL0=TH0_l; //重裝定時器初值
pionter++; //正弦波表索引指針加一
if(pionter==half_value) //正弦波表值使用完后進行前后半波轉換
{
CR=0; //暫停 PCA 計數器
pionter=0; //索引指針清零
flag_zf=~flag_zf; //半周標志位取反
if(flag_zf) //設置后半周
{
SPWM_out1=0; //模塊 0 的 pwm 輸出置 0
CCAPM0=0X00; //關閉 pca 模塊 0
CCAPM1=0X42; //開啟 pca 模塊 1 }
else //設置前半周
{
SPWM_out2=0; //模塊 1 的輸出置 0
CCAPM0=0X42; //打開 pca 模塊 0
CCAPM1=0X00; //關閉 pca 模塊 1 }
CR=1; //再次開啟 PCA 計數器
}
if(flag_zf==0) //根據中斷標志位,只對符合條件的模塊進行 pwm 占空比的改變
{
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; //使能半橋驅動器,使全橋工作
TIMER0_init();
PCA_init();
EA=1; //開總中斷
while(1)
{
while(flag==0) //頻率切換
{ 
if(0==key_50hz)
{
delay_ms(5);
if(0==key_50hz) //進行定時器初值和半周值的設定
{
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) //利用開關自身的機械延遲特性
{ //flag 為 0 時表示機械開關切換時兩開關都懸空的短暫狀態
flag=0;
CR=0; //切換時暫時關閉 PCA 計數器
}
//***AD 轉換及其它程序***// //*待定*//
} }
程序 2:采樣顯示程序
//=========================================================
//硬件配置:系統時鐘 12Mhz,不分頻
//定時器 0 速度為 12T,模式為 1--16 位不可重裝
//定時器 2 作為串口 1 的波特率發生器,速度為 1T,波特率為 115200
//=========================================================
#include <STC15F2K60S2.H>
#include <INTRINS.h>
#include <stdio.h>
#define FOSC 12000000L //宏定義時鐘頻率
#define BAUD 115200 //串口波特率
#define ADC_POWER 0x80 //ADC 電源控制位 1000 0000 上電
#define ADC_FLAG 0x10 //ADC 完成標志 0001 0000 查詢是否轉換結束
#define ADC_START 0x08 //ADC 起始控制位 0000 1000 開始
#define ADC_SPEEDLL 0x00 //540 個時鐘 0000 0000 選擇速度 540*8=4320
#define uc unsigned char
#define ui unsigned int
float Temperature; //電瓶溫度
float BetteryVoltage; //電瓶電壓
float BetteryCurrent; //電瓶電流
ui RemindingPower; //剩余電量
uc idata buf[130];
uc counter;
bit flag;
bit busy;
sbit DQ = P3^7; //--- DS18B20 引腳聲明 ---
//--- main 主程序區 ---
void main(void)
{
ADC_init();
Uart1_init();
27 / 30
Timer0_init();
EA = 1; //--- CPU 開中斷 ---
SendString("CLS(8);DS24(25,54,'UPS 后備式不間斷',2,0);DS16(84,150,'中北大學朔州校區',4,0);DS24(68,84,'
變頻電源',2,0);\r\n");
delay_1s(3);
SendString("CIRF(60,125,5,2);\r\n"); //第零個點
delay_1s(3);
SendString("CIRF(80,125,5,2);\r\n"); //第一個點
delay_1s(3);
SendString("CIRF(100,125,5,2);\r\n"); //第二個點
delay_1s(3);
SendString("CIRF(120,125,5,2);\r\n"); //第三個點
delay_1s(3);
SendString("CIRF(140,125,5,2);\r\n"); //第四個點
delay_1s(3);
SendString("CIRF(160,125,5,2);\r\n"); //第五個點
delay_1s(3);
SendString("CLS(8);DS24(0,0,'電瓶',5,0);DS16(1,21,'電壓: 電流: ',1,0);DS16(1,40,'溫度:
剩余電量: %',1,0);DS24(0,55,'市電',5,0);DS16(0,76,'電壓: V 電流: A',1,0);DS24(0,93,'輸出
',5,0);DS16(0,117,'PF: 峰峰值: ',1,0);DS16(0,137,'狀態: HZ 效率: V',1,0);\r\n");
TR0 = 1; //--- 啟動 T0 定時開始工作 ---
while(1)
{
if(flag == 1)
{
flag = 0;
sprintf(buf,"溫度:%.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 定時 1mS 溢出中斷服務程序 ---
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 中斷服務程序***//
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; //清忙標志
} }
2019/11/28 23:09:41
43
qmx1998
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LV4
連長

                  圖 1.SPWM 波形                                                                圖 2.推挽開關管波形

2019/11/29 23:49:11
45
GJGJ
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連長
頂貼,加油呀
2019/11/30 23:59:15
46
qmx1998
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LV4
連長

在參加比賽的這四天三夜中一起度過了一次難忘的經歷,現在將自己的經驗寫下來,希望可以給后來的參賽同學帶來一定的啟發和幫助。

在比賽開始前的一個月的時間里面,我們組的人都一直在做往年的題目增加一些實戰經驗,我們的主攻方向放在了穩壓直流電源上,我們都在做一些功能模塊,類似主回路模塊,顯示模塊,穩壓模塊,我們希望等到題目出來了,我們就可以直接根據題目要求在原來做好的板子上增加或者減少相應的模塊進行調試,這樣我們就可以大大減少到時候制作的時間。同時我們在比賽前一段時間通知了比賽所需要的芯片,老師們根據材料預測了今年的題目,覺得今年新加的感應芯片是關鍵,于是我們組中專門有一個人去研究這個芯片,看它的原理圖,看它的芯片資料,下載程序運行,實際調試看現象和數據,這樣我們的準備工作就是這樣做的。

由于我們聽取了老師們往年參加電賽的意見,分工明確對整個制作效率有很大的幫助.于是我們提前將工作分好了,一個人負責程序的主要調試工作,一個人負責硬件的驅動,以及一個人去熟悉大賽指定的芯片,這樣將每個人的工作分配到清楚,這樣使每個人的力量發揮到最大,我感覺這個分工在比賽中對整體最有幫助,而且在比賽時我們當中如果沒有有人事先將自己的工作做完,就會去幫助其他人完成工作,我和負責熟悉芯片的人在弄完了自己的事情后,就一直候著主調人員旁邊,一起想程序怎么寫。

大賽題目公布的時候,我們都傻眼了,本來準備去做buck的,但是今年的題目需要做的是一個UPS變頻電源,在這一塊我們完全沒有涉及到,但是仍然堅持努力了一番,主要還是有大神做主場的因此還算進行的比較順利。

在這四天三夜里面我和同組人員一起度過了一個難忘的時間,我們都收獲了一份難得的經驗,我相信這對我們未來會起到一定的幫助.同時我也將這份經驗寫出來希望可以對后來參加電賽的同學有幫助。

下面是當時調試時的一份圖

2019/12/01 18:54:23
47
fanroom
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LV1
士兵
感謝你的帖子,能否把電路圖等資料打包發給我,[email protected]  謝謝!
2019/12/03 17:55:10
50
xiaoleng
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LV1
士兵
樓主您好,想學習一下電池充電器的相關電路,可以給我發一份資料嗎,謝謝。[email protected]
2019/12/04 16:12:05
51
xu518dong
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LV1
士兵
2019/12/10 14:00:27
52
有一種溫柔獨家專屬
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LV1
士兵
樓主您好,資料可以發給我一份嗎,想學習做一下數控的UPS   [email protected]    謝謝
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