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1、武汉*大学毕业设计（论文）任务书课题名称：小功率单相正弦在线互动UPS模拟装置完成期限：2011 年 3 月 5日至 2011年 5月 25 日院系名称 机械工程与自动化 指导教师 专业班级 指导教师职称 学生姓名 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 一、课题训练内容1. 巩固专业知识，运用理论知识解决实际问题，主要是提高动手能力和分析能力，以及解决问题的能力；掌握开关电源的工作原理和拓扑结构，计算有关拓扑结构的功耗和效率，掌握开关电源中的有源功率因数校正技术，提高系统的效率。2. 学习使用各种仪器仪表万用表、示波器、电桥测量仪、稳压电源、信号源等等，正确使用电烙铁焊接电路板，合理布局元
2、器件。3. 学习使用Protel DXP2004 设计原理图，使用Worffice Visio2003进行流程图设计，以及Keil C51软件进行编程，迅速查阅各种文献资料，阅读相关英文资料。4. 学习并掌握51单片机的结构和原理，以及设计其最小系统，并会使用STC下载软件进行程序调试和烧写；要求了解点阵显示器的驱动原理，会编写相关驱动代码控制LCD1602显示相应数据。5. 分析各个元件参数，阅读相关芯片的PDF资料，根据设计参数选择合适的元器件，从整体到局部，进行工程计算和逻辑推导。6. 掌握铅酸蓄电池的充放电特性，清楚铅酸蓄电池的各个标称参数，设计合理的充电电路和保护电路，正确使用蓄电池
3、，延长使用寿命，使用过程中注意电池的放置，保证使用过程中蓄电池不会短路。7. 运用相关专业知识分析和推导有关原理，再按照工程设计的思想，留相应的余量（一般在1.5倍左右），设计电路时主要考虑安全和效率问题，电路出现故障时，运用相关经验和逻辑思维寻找问题的根源并解决难题，比如此次设计中电磁元件影响系统的功率和效率，成为主要考虑的因素。8. 使用专业术语记录个参数指标和设计要求，并使用Microsoft Word编辑相关计算公式，绘制表格记录相关参数和测试数据，必要时作插图解释；有关外文资料作翻译对照。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）
4、1. 设计任务1） 运用UC3842集成PWM芯片设计AC/DC升压功率因数校正模块，为后级逆变提供母线电压, 将输出电压升压到32V，输出最大电流可达到2A，输出功率达到64W。2） 采用UC3842集成PWM芯片设计DC/DC升压电路，在交流断电的情况下，蓄电池供电，将输出电压升压到32V，输出最大电流可达到2A，为逆变提供64W的功率。3） 采用UC3525集成PWM控制芯片设计双路输出的反激变换器，一路输出18V/1A，一路输出7V/1A，采用集成线性光耦TLP521隔离作反馈，总的输出功率可达到28W，辅助电源主要是为控制芯片和继电器、单片机提供电源电压，由蓄电池供电，并设计蓄电池欠
5、压保护电路，但蓄电池处于欠压状态时，驱动继电器切换开关，断开UC3525的供电电压，辅助电源不工作。4） UC3906做为密封铅酸蓄电池充电的专用集成芯片，采用UC3906集成芯片设计铅酸蓄电池的充电电路，控制蓄电池充电的整个过程，利用其控制和检测功能的完美组合，只需几个外围元件即可实现蓄电池的最佳充电效果。5） DC/AC采用全桥逆变，以三角波为载波，50HZ5HZ正弦波为参考波，利用高速比较器MAX903将三角波和正弦波比较生成单极性的SPWM波，为逆变提供PWM。6） 采用AT89C52单片机作为控制中心，单片机控制ADS1286采集母线及蓄电池电压数据，并控制LCD1602液晶显示输出
6、电压值。2. 设计要求1） 要求BOOST升压部分可提供64W的功率，效率要求达到80%以上，并且BOOST变换器可长时间稳定工作。2） UPS输出可达到44W的功率，在最大负载下工作输出波形无明显失真，系统可靠地运行。3） 过流保护和欠压保护能够及时准确，以免出现事故，要求系统可靠安全运行，即使在误操作的情况下，复位电路后即可正常工作。4） 单片机能够控制AD及时采集信号并显示当时的输出电压。5） 电路设计要求考虑安全性和简洁性，更重要的是稳定性。6） 认真完成实物设计，并按照武汉*大学毕业设计（论文）格式模板要求书写毕业设计报告，记录相关测量数据。7） 根据实物图绘制原理图，最终的原理图以
7、实际电路图为准，并在写报告的时候给予详细的说明，系统框图要求清晰完整，代码程序要求简洁实用，可移植性较好。8） 实物要求尽量整洁清晰，连线避免有过多的交线，大电流的部分要求使用粗导线。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料1. 主要参数1） 两路BOOST升压转换器输出电压32V，最大电流2A，输出功率达到64W，电源转换效率达到80%以上。2） 全桥逆变生成506HZ的正弦波，输出交流有效值为22V，电流值2A，输出最大功率44W。3） 反激双路输出辅助电源输出功率25W，规格为18V/1A、7V/1A，转换效率80%以上。4） 测量直流输出电源范围因为1036V，单片机控制采集数据，并
8、用LCD1602显示。2. 主要参考资料【1】 王其英，何春华.新型UPS工作原理与实用技术及选购指南【M】.北京：人民邮电出版社.2006.【2】 （日）远坂俊昭，何希才译.锁相环（PLL）电路设计与应用【M】.北京：科学出版社.2006.【3】 周志敏，周纪海，纪爱华.充电器电路设计与应用【M】.北京：人民邮电出版社.2005.【4】 Maniktala,S、王志强译.精通开关电源设计【M】.北京：人民邮电出版社.2008.【5】 张继红，刘桂花，孟涛.开关电源中的有源功率因数校正技术【M】.北京：机械工业出版社.2010.【6】 Bruce Carter.Ron Mancini，姚剑清译
9、.运算放大器权威指南（第三版）【M】.北京:人民邮电出版社.2010.【7】 易龙强.单相在线式数字化UPS的设计研究【C】.湖南：湖南大学电路与系统，2004.【8】 张东来，罗勇，黎学伟等.单相UPS逆变控制技术研究【C】.深圳：哈尔滨工业大学深圳研究生院电力电子与电力传动，2000.【9】 夏泽中，李远正，陶小鹏.峰值电流模式斜坡补偿电路研究【J】.电力电子技术，2008,42（12）：71-73.【10】 杨剑平.高功率因数在线式不间断电源的研制【C】.湖北：湖北工业大学电力电子与电力传动，2005.【11】 叶泽刚.电流控制技术和斜坡补偿【C】.西安：西安科技大学电器与控制工程学院，
10、2004.【12】 黄峰.12V阀控密封铅酸蓄电池智能充电器研发【C】.浙江：浙江大学控制理论与控制工程，2007.【13】 巩瑞春.单相SPWM逆变器死区效应机器重复控制技术的研究【C】.内蒙古：内蒙古科技大学控制理论与控制工程，2004【14】 谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计.北京：清华大学出版社.2006.【15】 姜忠山，史贤俊，周绍磊.单端反激式变换器变压器工作状态分析【J】.莱阳农学院学报，1999，16（4）：280-283.【16】 马瑞卿，刘卫国.自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用【J】.电力电子技术，2000,1（2）：31-33.【17】 刘树林，
11、刘健.开关电源变换器设计与分析【M】.北京：机械工业出版社.2010.【18】 李兵.基于UC3906的免维护铅酸蓄电池智能充电器的设计【J】.机械工程师，2005，（11）：94-95.【19】 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）【M】.北京：高等教育出版社.2006.四、毕业设计（论文）进度表武汉*毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12011.2.10-2011.2.20收集相关资料，初步了解小功率在线互动式UPS的工作原理以及实现方法22011.2.24-2011.2.19分析各个模块工作原理，查找相关资料，确定实现方案32011.3.1
12、-2011.3.10初步确定系统原理图，确定相应的元器件，并使用Protel DXP绘制原理图42011.3.15-2011.3.20确定所选择的元器件的价格以及供货现状，选择性价比较高的元器件52011.3.25-2011.3.30更新原理图，绘制完整的原理图，根据所选择的元器件到相应市场购买62011.4.5-2011.4.10开始着手焊接元器件，分模块焊接72011.4.11-2011.4.20将各个模块级联调试，及时解决调试过程中出现的问题82011.4.25-2011.4.30编写相应的显示和数据采集通信程序并调试代码92011.5.3-2011.5.15记录相应的实验数据，推到其他
13、参数102011.5.16-2011.5.20撰写毕业设计报告，准备参加学校的毕业答辩武汉*毕业设计（论文）开题报告课题名称小功率单相交流在线互动UPS模拟装置院系名称机械工程与自动化专 业自动化班 级学生姓名课题的意义: 由于现在UPS的功率一般都做不大，所以小功率在线互动式UPS在各个领域中应用很广。根据一些小功率在线互动UPS产品的设计总可以看到，普遍的产品采用的都是双电源供电，逆变部分的母线电压都是采用对称结构，即有正负电源提供逆变直流电压，这样的话对于前级AC/DC有源功率因数校正电路设计要求比较高，成本也不会很低，而且稳定性不一定最优，根据我做开关电源的经验，使用的高频变压器越多，
14、产品的体积就会越大，电磁干扰就会比较严重，所以尽量避免使用过多的变压器和电感，减少电磁干扰，从而减少了EMI设计，加之现在很多运算放大器都可以单电源工作，因为没有特别要求，单电源供电模式下的一些运算放大器的性能与双电源模式下的相比差不多，作为开关电源的一些指标明确要求效率和功耗，作为产品还要考虑性价比，成本作为产品竞争的一个重要指标， 只有简单化设计，才能降低成本，因此，本课题研究的主要优势在于单电源供电，因此，本课题采用一种单电源系统供电的模拟装置，测试单电源系统下在线互动式UPS的稳定性能。UPS发展状况：随着计算机技术的发展，UPS也得到了稳步的发展。到了20世纪90年代，随着IT行业的
15、的发展，UPS也有了迅速的增长。市场不断扩大，生产厂家也在不断增加，出现了一派欣欣向荣的景象。后来随着国际大气候的变化，UPS市场也出现了一些变动。比如2002年全球UPS市场的销售收入为45.2亿美元，比2001年小幅下滑了2.16%。而由于中国经济的良好运行，也成为拉动宏观经济快速增长的主要原因之一，同时由于不断完善的法律、法规及政策环境，为我国的UPS市场发展创造了有利的环境。据美国可靠性研究中心的调查，在IT领域中不采用UPS的份额不到1%，如图1所示。 图1 UPS应用情况份额图由图1可以看出，采用集中UPS的市场份额就占到了约65%。但由于计划不周或计划赶不上变化以及其他原因，也造
16、成了对UPS容量使用不合理的现象。当今UPS产品已不在是以前那种简单化的“停电保”（UPS界把只有停电时才可能保证负载连续供电质量的一种质量很差的UPS统称）。随着IT业数据处理量的加大，应用范围的扩大，必然造成影响面的扩大，一旦出现故障将会导致不可估量的损失，因此对UPS提出了更高的要求。第一，功能方面：UPS除了其三大基本功能（稳压，滤波，不间断）外，逐步增加了自我监控功能、对外告警功能、集中监控功能、环境监测功能、自动开关机功能等等。第二，在用户性能方面：1990年以来，UPS的主要作用是保护用户的硬件设备。1992年以后，随着计算机应用的普及和数据量的加大，用户对数据保护的要求开始重视
17、。1994年以后，随着大型数据中心的建立，系统正常运行的重要性越来越突出，对可用性的要求与日俱增。第三，在电路技术方面：由于多年来采用的传统双变换串联调整式UPS暴露出一些缺点，比如输入功率因数低、效率低和帯载能力差等，因而影响了可用性的进一步提高。在线互动技术可以提高效率，尽管在其他指标上稍逊一筹，再加之目前功率也做不大，因此，小功率在线互动式的应用仍然很广泛。第四，在UPS品种方面：由于UPS的地位越来越重要，从以往的一般商用UPS、变频UPS以及工业用UPS到转为某种目的而推出的UPS。随着UPS产品的迅速发展，UPS的技术也越来越成熟，例如UPS增容和冗余的连接技术。课题研究内容： 本
18、系统主要包括九个部分，系统框图如下图1所示，考虑到安全问题和实验条件，一般在线小功率互动UPS的输出功率范围小于5KVA，这里只是一个模拟装置，输入市电经过可调变压器调整在交流20V25V作为输入电压，输入电压分两路，一路经过整流给12V/7Ah的铅蓄电池充电，充电器采用专用集成芯片UC3906作为控制器，控制蓄电池的整个充电过程；一路经过信号检测，如果输入电压刚好在25V,则经过AT89S51单片机控制继电器（S1，S2）切换到旁路一边直接输给交流负载提供功率，如果检测到输入电压小于36V，则单片机控制继电器切换到AC/DC功率因数校正经过升压后（控制芯片采用集成电流控制型UC3842），再
19、经过DC/AC全桥逆变器输出22V,最大功率为44W，频率50Hz；如果检测到输入为0V（断电），则此时主要由蓄电池供电，蓄电池输出经过DC/DC升压模块（控制芯片采用集成电流型UC3842），经过升压后在进行DC/AC全桥逆变输出36V的交流电压，实现了掉电后不停电的功能。该课题设计的系统与一般传统的在线单项正弦波互动式UPS有所不同，传统的在线小功率UPS采用的是半桥逆变，而半桥逆变需要+BUS和-BUS供电，这样就不得不增加成本，如果采用全桥逆变，则只需要一路直流电压，虽然在逆变部分多增加了两个MOSFET功率开关管，但是减少了前级电路的复杂程度，从整体上来说，成本大大降低。课题研究方法
20、手段：【1】 输入滤波采用电感电容滤波结构；【2】 基于电流控制型UC3842的AC/DC功率因数校正器；【3】 DC/AC逆变器采用单极性全桥逆变技术；【4】 基于UC3906集成芯片控制的自动蓄电池充电器；【5】 基于电流控制型UC3842控制的BOOST变换器；【6】 基于电压型控制芯片SG3525双路输出反激变换器；【7】 基于AT89C52单片机的控制系统。控制系统主要包括过零信号发生器、电流峰值保护电路、正弦波三角波信号发生器、比较器、继电器驱动电路、辅助电源检测电路、辅助电源、基准源、AD等；课题研究步骤：准备阶段（2011、34）：本阶段主要任务是搜集资料，了解UPS的发展以及
21、UPS产品的市场，大致分析小功率的工作原理，确定小功率在线互动UPS的系统框图，分析比较各个模块的方案，大致确定主要模块的拓扑结构；系统参数及调试阶段（2011、45）：本阶段的任务比较繁重，由于系统模块比较多，而每个模块的参数都需要确定，确定好电路参数后，首先画原理图，留着写报告时做贴图说明，然后根据原理图焊接各模块电路并调试每个模块功能，当每个模块功能通过之后，再进行系统联调，系统联调很关键，这个过程可能需要花费大量的时间，联调时需要记录实验数据，测试系统的性能指标；后续结题阶段（2011、56）：本阶段主要任务是总结课题研究的经验和感想，将小功率在线互动UPS的结构以图文的形式展现出来，
22、包括详细介绍每个模块的构成原理以及功能，以文字的形式说明模块功能是如何实现的，分析每个模块在设计的时候主要选择过哪些方案，大体介绍其他模块的实现原理及每个方案的比较；除此之外，我还会具体介绍系统制作过程中主要遇到的困难，以及我如何去解决的，最后得出的经验，希望可以和大家分享；这个阶段还有一个主要的任务就是把系统演示一遍给大家，当然，再演示的过程中，我会一边操作一边给大家介绍，最后以自己的语言口述UPS的发展及本课题在现在市场上的应用，业界相关比较成熟的技术，今后的发展，这些都是毕业答辩我会涉及到的内容。主要参考文献：【1】 王其英，何春华.新型UPS工作原理与实用技术及选购指南【M】.北京：人
23、民邮电出版社.2006.【2】 （日）远坂俊昭，何希才译.锁相环（PLL）电路设计与应用【M】.北京：科学出版社.2006.【3】 周志敏，周纪海，纪爱华.充电器电路设计与应用【M】.北京：人民邮电出版社.2005.【4】 Maniktala,S、王志强译.精通开关电源设计【M】.北京：人民邮电出版社.2008.【5】 张继红，刘桂花，孟涛.开关电源中的有源功率因数校正技术【M】.北京：机械工业出版社.2010.【6】 Bruce Carter.Ron Mancini，姚剑清译.运算放大器权威指南（第三版）【M】.北京:人民邮电出版社.2010.【7】 易龙强.单相在线式数字化UPS的设计研究
24、【C】.湖南：湖南大学电路与系统，2004.【8】 张东来，罗勇，黎学伟等.单相UPS逆变控制技术研究【C】.深圳：哈尔滨工业大学深圳研究生院电力电子与电力传动，2000.【9】 夏泽中，李远正，陶小鹏.峰值电流模式斜坡补偿电路研究【J】.电力电子技术，2008,4（12）：71-73.【10】 杨剑平.高功率因数在线式不间断电源的研制【C】.湖北：湖北工业大学电力电子与电力传动，2005.【11】 叶泽刚.电流控制技术和斜坡补偿【C】.西安：西安科技大学电器与控制工程学院，2004.【12】 黄峰.12V阀控密封铅酸蓄电池智能充电器研发【C】.浙江：浙江大学控制理论与控制工程，2007.【1
25、3】 巩瑞春.单相SPWM逆变器死区效应机器重复控制技术的研究【C】.内蒙古：内蒙古科技大学控制理论与控制工程，2004【14】 谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计.北京：清华大学出版社.2006.【15】 姜忠山，史贤俊，周绍磊.单端反激式变换器变压器工作状态分析【J】.莱阳农学院学报，1999，16（4）：280-283.【16】 刘树林，刘健.开关电源变换器设计与分析【M】.北京：机械工业出版社.2010.【17】 李兵.基于UC3906的免维护铅酸蓄电池智能充电器的设计【J】.机械工程师，2005，（11）：94-95.【18】 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）
26、【M】.北京：高等教育出版社.2006.【19】 杨仲望，金天均，吕征宇.开关电源中光耦隔离的几种典型接法对比研究【J】.机电工程，2007,24（5）：56-59.【20】 吴杰，姚明亮.基于UC3906直流不间断电源设计【J】.科技广场，2007,3:222-224.指导教师签名： 年 月 日摘 要 本课题研究单相在线小功率互动式UPS模拟装置，UPS的优势在于掉电后还可以继续为设备供电、或者是输入市电小于额定值时，能够确保正常输出。模拟装置主要包括八个部分，第一、蓄电池充电器为蓄电池存储能量，保证蓄电池电量充足；第二、辅助电源，主要为系统芯片提供驱动电源；第三、DC/DC BOOST变换
27、器，掉电后为逆变提供母线电压；第四、AC/DC PFC系统，输入低于额定值时，经功率因数校正后提供母线电压，稳定输出；第五、H桥逆变，将直流母线电压经调制后输出单相交流电源；第六、模数转换器，ADS1286采集电压信号；第七、单片机液晶显示，实时显示电池电压和母线电压，用户可以根据当前值确定UPS的能量。该系统输出电压精度高、抗干扰能力强，切换时间短，并且可视性好，以便于用户在使用过程中随时了解电源的能量。关键词： 在线小功率互动UPS；蓄电池；不间断； 功率因数校正；模数转换； 液晶显示ABSTRACTThis topic research small power single-phase
28、online interactive UPS simulator, this system based on AT89S51 MCU control system. Device is mainly include eight parts, first is input/output filter design, a utility, utility input variable pressure after the isolated transformer after LC filters filter out the high frequency interference, will pu
29、re alternating current to the bridge rectifier, DC after rectifying subsection two roads, going directly to battery, utility normal circumstances will give battery to supplement the battery energy, the charger adopts UC3906 integrated chips accurate control of the charging process; Another all the w
30、ay through the single-chip microcomputer control relay choose path, if detection to the input utility normal (here refering to pass for variable pressure 22V), the input directly to load power supply, if detection to the input below normal (22V), then input need to pass the AC/DC power factor correc
31、tion voltage to control at 22V, always give load normal voltage, if detected no input, right now, mainly by battery-powered after the whole bridge through to boost inverter, full bridge inverter adopts single polarity SPWM control technology, the output of the 22V AC voltage to the load power,not im
32、mediately to load power outage.Keywords: Online interactive UPS; small power AT89S51; Battery; UC3906; AC/DC power factor correction; Single polarity SPWM;目 录1 绪论11.1 课题研究的意义11.2 课题研究背景11.3 课题研究的主要内容22 系统总体方案设计与分析22.1 系统总体框图设计22.2 系统工作流程图设计32.3 系统方案论证33 硬件电路设计83.1 AT89S51单片机最小系统硬件电路实现83.2 基于UC3842的B
33、OOST变换器电路实现103.2.1 BOOST电路储能元件参数分析103.2.3 峰值电流控制的斜坡补偿设计133.3 基于UC3525的双路输出反激变换器辅助电源设计163.3.1 隔离变压器设计163.3.2 TLP521线性光耦隔离器性能及设计173.3 全桥逆变电源设计及驱动193.3.1 SPWM实现与分析203.3.2 IR2110驱动电路设计及特点263.4 UC3906专用铅酸蓄电池充电电路273.4.1 铅酸蓄电池特性及使用方法273.4.2 蓄电池充电器参数计算及电路实现284 系统程序设计325 系统调试及性能指标测量336 总结与展望37参考文献38附录（实物及主要程
34、序）40英文文献50中文对照56致谢621 绪论1.1 课题研究的意义由于现在UPS的功率一般都做不大，所以小功率在线互动式UPS在各个领域中应用很广。根据一些小功率在线互动UPS产品的设计总可以看到，普遍的产品采用的都是双电源供电，逆变部分的母线电压都是采用对称结构，即有正负电源提供逆变直流电压，这样的话对于前级AC/DC有源功率因数校正电路设计要求比较高，成本也不会很低，而且稳定性不一定最优，根据我做开关电源的经验，使用的高频变压器越多，产品的体积就会越大，电磁干扰就会比较严重，所以尽量避免使用过多的变压器和电感，减少电磁干扰，从而减少了EMI设计，作为开关电源的一些指标明确要求效率和功耗
35、，作为产品还要考虑性价比，成本作为产品竞争的一个重要指标， 只有简单化设计，才能降低成本因此，课题研究的模拟装置测试了单相在线互动式UPS的稳定性能。1.2 课题研究背景123以电力电子学为核心技术的电源产业，随着IT产业、CI产业、PC机广泛应用而得到突飞猛进的发展。电源产业是各类高科技产业发展的基础工业，所有的高精尖科技设备都需要电力电子电源系统技术的配套和支持。随着电力电子技术的发展与综合利用，电源产业在航空、航天、宇航、舰船、自控自导、尖端武器、原子能、军队现代化以及医学、通信、交通、运输、电力、电子、环保等领域得到空前的发展和应用，几乎国民经济各行各业都与电力电子电源产业密不可分。国
36、外在不间断电源上起步于上世纪70年代，国内起步于80年代后期，起步差距十几年。国内UPS行业经过20年的发展，虽然在中国市场上的市场份额被国外知名品牌占据大部分，但是，少数国内较大规模的厂家在市场份额、高端技术等方面已经十分接近国际知名品牌。科技部近期设立了2亿元的电力电子项目专项资金，国家发改委专门在近期发文启动专项课题，用于推进电力电子技术和产业的发展，包括应用装置的产业化，重点围绕节能、交通、电力、冶金等领域需求，支持应用具有自主知识产权芯片和技术的电力电子装置，节能型不间断电源和新型的电力优化装置显然就是典型的支持对象。所有能源的应用70以上需要经过电力电子变换装置，然后再给负载。电力
37、电子电源是节能减排的有力手段，同时也是保证信息安全、工业自动化的基石，例如，变频器的应用将使得电机性负载大幅度节能，不间断电源UPS的应用将有效保证信息设备的可靠运行、工业化制造水平的提升，开关整流器是所有网络、通信系统能源心脏。信息和工业自动化水平的发展，与电力电子电源技术的发展紧密相关。1.3 课题研究的主要内容【1】1） 设计并制作AC/DC功率因数升压模块和DC/DC升压模块，转换效率达到80%，AC/DC输入交流2025V的范围，DC/DC使用12V铅酸蓄电池供电，输入直流电压12V，输出统一为32V.2） 设计并制作一款铅酸蓄电池的充电器，快充电流500mA，浮充电压13.8V，过
38、充电压15V，过充电流50mA。3） 设计并制作单相全桥逆变器，要求参考波频率505Hz，载波频率为20KHz，输入母线电压为32V，交流输出均方根值为22V，逆变输出无明显失真，输出功率44W。4） 设计并制作一款双路输出的反激隔离变压器，铅酸蓄电池供电，输出规格为18V/1A、7V/1A。2 系统总体方案设计与分析2.1 系统总体框图设计 系统框图如图2所示，整个系统主要包括六个部分：l AC/DC功率因数校正BOOST变换器l 铅酸蓄电池充电器l 多路输出的辅助电源l DC/AC逆变器l DC/DC BOOST变换器l 单片机控制系统2.2 系统工作流程图设计 输入市电经过可调变压器调整
39、在交流20V36V作为输入电压，输入电压分两路，一路经过整流给12V/7Ah的铅蓄电池充电，控制蓄电池的整个充电过程；一路经过信号检测，如果输入电压刚好在36V,则经过单片机控制继电器（S1，S2）切换到旁路一边直接输给交流负载提供功率，如果检测到输入电压小于36V，则单片机控制继电器切换到AC/DC功率因数校正经过升压后，再经过DC/AC全桥逆变器输出36V,最大功率为72W，频率50Hz；如果检测到输入为0V（断电），则此时主要由蓄电池供电，蓄电池输出经过DC/DC升压模块，经过升压后在进行DC/AC全桥逆变输出36V的交流电压，实现了掉电后不停电的功能。2.3 系统方案论证1） 单片机选
40、择15 该系统采用STC89C51单片机为处理器，51单片机结构简单，编程相对比较容易，对于要求不高的场合，采用51单片机会减少编程人员的工作，其主要特点为：l 8位CPUl 片内带振荡器，频率范围1.2MHz12MHzl 片内带128字节的数据存储器l 片内带4KB的程序存储器l 程序存储器的寻址空间为64KBl 128个用户为寻址空间l 21个字节特殊功能寄存器l 4个8位的并行I/O接口l 2个16位的定时器/计数器l 2个优先级别的5个中断源l 1个全双工的串行I/O接口，可用于多机通信l 111条指令，含有乘法和除法指令l 片内采用单总线结构l 有较强的位处理能力l 采用+5V的单电
41、源供电2） 液晶显示选择 液晶显示使用LCD1602的字符液晶显示，读写操作简单；内部自带字符发生器ROM，可显示192个字符，具有64字节的自定义字符RAM，可自定义8个5*8点阵字符或者4个5*11的点阵字符，具有80个字节的RAM；其引脚功能如下表所示，引脚号符号状态功能1VSS电源地2VDD逻辑电源3VO液晶驱动电源4RS输入寄存器选择 1：数据 0：指令5R/W输入读、写操作选择 1：读 0：写6EN输入使能信号7DB0三态数据总线(LSB)8DB1三态数据总线9DB2三态数据总线10DB3三态数据总线11DB4三态数据总线12DB5三态数据总线13DB6三态数据总线14DB7三态数
42、据总线（MSB）15E1输入背光电源输入16E2输入地读写操作时序图如下图所示：1） 写操作2） 读操作3） AC/DC及DC/DC控制器选择AC/DC及DC/DC非隔离BOOST变换器采用电流型控制芯片UC3842，实现双环控制，提高了系统的稳定性能，UC3842外围电路设计简单，其特点如下：l 小于1mA的启动电流l 最大占空比可达96%l 工作频率高达500KHzl 带间隙的5V基准源l UC3842具有16V（通）、10V（断）低压锁定门限其芯片引脚图如图所示：UC3842的内部结构原理图如下图所示：4） 铅酸蓄电池充电器的选择铅酸蓄电池采用专用TI的控制器UC3906控制器，实现蓄电
43、池的三个充电阶（过充、涓流充、浮充），UC3906内部框图如下图所示。该芯片内含有独立的电压控制电路和限流放大器，它可以控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流达25mA，可直接驱动外部串联调整管，从而调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器检测蓄电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的输入信号。芯片引脚图如图所示：5） 辅助电源设计辅助电源采用多路输出反激变换器，控制芯片选择UC3525,芯片特点如下：l 835V的工作电压l 5.1V0.75%掩埋齐纳基准参考电压l 100500KHz的工作频率范围l 双路输出驱动源芯片内部结构图：芯片引脚图：3 硬件电路设计3.1 AT89S51
44、单片机最小系统硬件电路实现15单片机最小系统主要包括三个部分：l 复位电路单片机最小系统采用手动复位，复位电路如下图所示，当按钮开关闭合的时候，单片机RST引脚接入高电平，单片机复位，R3为限流电阻，LED0为电源指示灯，C1消除按钮的机械振动，R5为下拉电阻，这里选择10K。l 串行接口电路由于电脑主机输出信号为12V，单片机的逻辑信号为5V，因此需要进行电平转换，这里使用典型的电平转换芯片MAX232，外围电路简单，稳定性能好，是STC系列单片机串口下载接口的最佳选择，其电路图如下所示：l 单片机与液晶XTAL晶振选择12MHz，R1调节LCD的背光，Header9为1K的排阻，主要为提升
45、P0口的驱动电流，P0口为总线控制接口，驱动能力很弱，一般使用P0口时，都需要接上1K拉电阻。l ADS1286电压测量电路ADS1286是一款12bit的AD转换器，数据传输控制采用SPI协议，只占用三个端口，操作简单，芯片需要外接基准源，这里选择REF5040，输出4.096V的基准源，输入加衰减器，衰减倍数经调整为10倍。3.2 基于UC3842的BOOST变换器电路实现3.2.1 BOOST电路储能元件参数分析18 开关电源中的储能元件主要是指电感、电容。由于“磁通连续”性，电感上的电流必须是连续的，不能突变，否则将会产生很大的电压尖峰，因此，电感常用于平滑电流，设计过程中，根据伏秒平
46、衡原理选择电感；对于电容，其两端的电压必须是连续的，不能突变，否则将会产生很大的尖峰电流，因此，电容常用于吸收电压纹波，平滑电压波形，设计过程中，根据安秒平衡原理选择电容。 BOSST变换器的组成如图所示：如图所示，当开关S导通时，二极管VD因承受反压而关断，电流流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储存在电感L中，此时，电容C放电，并向负载RL供电，负载上流过电流Io；当开关S关断时，由于电感电流iL 不能突变，强迫二极管导通续流，此时，电感L及电源Vi同时电容C、负载RL供电，当电感电流高于Io时，电容被充电并同时向负载供电；而当电感电流小于Io时，电感和电容同时向负载供电，维持输出电压Vo不变。该系统设计BOOST工作于CCM的IISM模式，根据伏秒平衡原理：V
