电子设计结题报告2011黑龙江赛.doc

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电子设计结题报告2011黑龙江赛

电子设计结题报告 2011黑龙江省赛 摘 要 本文设计了一种基于单片机实现的24V交流单相在线式UPS系统。该系统的硬件单元包括整流电路、逆变电路、辅助电源电路、蓄电池供电电路和ARM微控制器电路。采用了单相全桥逆变电路,效率高,驱动电路的设计也具有可靠性高,速度快等特点。选择了UC3906设计了蓄电池的充电电路,能够满足题目的不过充,充电电流等方面的要求。PWM波由ARM芯片控制产生,波形可靠,稳定。实验表明,在36VAC和36VDC两种情况下,输出电压能稳定于24V,且电压调整率,负载调整率高,输出波形失真度小,具有过流和欠压保护功能,效率较高。 关键词:32位微处理器;IR2110;SPWM 1 设计任务 本题要求设计并制作输出电压为24VAC在线式不间断电源,结构框图如图1所示。 图1 1.1 基本要求 (1)在交流供电U1=36VAC和直流供电U3=36VDC两种情况下,保证输出电压U2=24VAC,且保证其频率为50±1Hz,额定输出功率80W; (2)切断交流电源后,在输出满载情况下工作时间不少于2分钟; (3)交流供电时,电源达到以下要求:电压调整率:满载条件下,U1从29VAC增加至43VAC,U2变化不超过5%;负载调整率:U1=36VAC、U2=24VAC,从空载到满载,U2变化不超过5%; (4)直流供电时,满载条件下,效率?不低于65%(?? (5)具有输出短路保护功能。 U2?I2 ); U3?I3 1.2 发挥部分 (1)交流供电时,将电压调整率和电压调整率提高至2%,条件同基本部分; (2)直流供电时,在满载条件下,将效率提高至80%; (3)满载条件下,输出正弦波失真度不大于5%; (4)具有给蓄电池充电功能,充电电流不小于0.1A,充电电路对蓄电池不能过充; (5)具有欠压保护功能:当蓄电池的放电电压≤29V时整机自动保护停止工作; (6)其他。 2 方案论证和比较 2.1 功率开关器件的选择 方案一:采用绝缘栅双极晶体管IGBT。 方案二:采用单极型电压驱动器件电力MOSFET。 IGBT虽集合了GTR和MOSFET的优点,具有多种良好的特性,但在本文的设计中, 功率要求不高,MOSFET已足够,且成本低。此外,MOSFET的开关速度较IGBT高,开关损耗低,故本文选择了MOSFET。 2.2 MOSFET的驱动部分 方案一:自行搭接驱动电路。前级为推挽式,后级采用隔离变压器进行控制电路与主电路之间的隔离。 方案二:采用专为驱动MOSFET设计的集成驱动电路。 方案一原理简单,但在实际的设计过程中可靠性不高,输出波形不好,不能保证器件的可靠导通和关断,并且逆变采用全桥时需要4个同样的驱动电路,设计累赘,布线复杂,调试难度加大。脉冲变压器虽然有原副边绝缘强度高,共模干扰抑制能力强的优点,但信号的最大传输宽度受磁饱和特性的限制,信号的顶部不易传输,且最大占空比受到限制,体积较大,加工复杂。方案二采用集成的驱动芯片优点是输出波形较好,可靠性高,易于调试,电路设计较简单,效率较高。本文采用了驱动半桥的IR2110,它兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离的优点(速度快),且自举电路的设计减少了驱动电源的数目。 综合以上因素考虑,方案二较好。 2.3 逆变电路的设计 方案一:采用半桥逆变电路。 方案二:采用全桥逆变电路。 选择半桥电路设计简单,易于实现,且采用驱动芯片IR2110的经典电路就可完成,但它的突出缺点是效率不高,而题目对效率的要求较高,故本文选择由2个IR2110驱动的全桥逆变电路,效率高,设计也较简单,易于调试。 2.4 辅助电源芯片的选择 方案一:采用7805; 方案二:采用LM2575; 7805是最常用的一种稳压芯片,但它的功耗很大,输出电压不稳定,可靠性不高。实测过,在输入15V时,输出为6.4V,这在本文的设计过程中是不允许的。而LM2575内部集成了一个固定的振荡器,只需极少外围器件就可构成高效的稳压电路,保护电路完善,功耗小。输入电压范围大(0-63V),输出电压可调,在本文的设计中,由2575提供稳定的15V和5V电源电压供ARM芯片等部分使用,足可保证稳定性的要求。 故采用辅助电源芯片选择LM2575。 2.5 单片机的选择 常用的微处理器基本都可实现本文的设计要求,但仍有各自的特点,各项功能如表1所示: 表1 表1可以看出,普

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