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1、浙 江 理 工 大 学毕业论文(设计)诚信声明我谨在此保证：本人所写的毕业论文(设计)，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。论文(设计)主体均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。声明人(签名)：年 月 日摘 要UPS（Uninterruptible Power Supply）是一种储能装备，可以连续不断地向一些用户的关键设备（铁路和民航的售票系统、互联网数据中心、医院的生命维护设备、银行的清算中心等）提供频率稳定、精度高、失真度小的高质量正弦波电源。传统的逆变电源多为模拟控制，虽然模拟控制技术已经非
2、常成熟，但模拟电路存在电路复杂，体积庞大，不够灵活，一致性差，不便于调试，产品升级困难等缺点。伴随着DSP、高速MCU的出现，使逆变电源的数字化控制成为现实，数字化控制也成为了UPS未来发展的一大趋势。本文对50Hz逆变电源数字化控制的实现做出了详细的介绍。论文通过建立逆变器的模型，对SPWM的数学模型进行了理论分析。提出了基于dsPIC30F2010芯片的单相SPWM逆变电源的数字控制技术的硬件设计。本文还对该系统的硬件设计部分做出了详细地介绍分析，并对硬件系统进行了调试，对调试结果进行了数据分析，同时对于调试过程中出现的问题进行了进一步工作的展望。系统采用单相全桥逆变电路，输出电压24V，
3、额定电流1A，开关频率为20kHz。利用采样输出电压闭环实现了系统的数字化控制，输出特性基本满足要求。关键词：逆变器；不规则采样法；数字控制；DSC；滤波ABSTRACTUPS(Uninterruptible Power Supply) is a kind of energy storage equipment, can continuously provide sine wave power of frequency stability, high precision, small distortion degree of for users key equipment, such as r
4、ailway and civil aviations ticketing system, internet data center, the hospitals life of maintenance equipment, bank settlement center, and so on. Most of traditional inverter power supplies are analog-control. Although analog-control technology has already been very ripening, but the analog circuit
5、 existsmany shortcomings, as circuits over complexity, large volume,unflexible, poor-consistency, unconvenient for debug, difficulty in product upgrades. With the emergence of DSP, high-speed MCU,the digital control of inverter power supply has become a reality, digital control has also become a tre
6、nd in the future development of the UPS.This paper carries out a detailed introduction on the digital control of 50Hz inverter power supply.By establishing the inverter power supply model,the paper make a analyzed theoretically in the mathematical model of SPWM. This paper puts forward a kind of har
7、dware design for the single-phase SPWM inverter digital control technology which is based on the dsPIC30F2010. The paper also makes a detail analysis of the systems hardware designing part, and the debugging of hardware, the data analyses for the debugging results.Meanwhile,this paper conducts a pro
8、spect of the further work based on the problems during the debugging process. The hardware system uses the SPWM-FBI, output voltage 24V, rated current 1A, and switch frequency by 20kHz.The system carry out the digital control by sampling output voltage closed-loop. The output characteristic basicly
9、achieve requirements.Keywords: inverter; irregular sampling method; digital control; DSC; filteringpractitioner examination practitioner certificate. Third stage: laboratory continues to rotate clinical laboratory testing, clinical chemistry, Clinical Immunology tests, Clinical Hematology laboratory
10、, clinical microbiology testing, inspection and emergency blood transfusion test 7 Professional. (2) rounds and the third stage of consultation Web twice a week to attend medical . To know: 1. automatic biochemical Analyzer calibration, operation and maintenance. 2. different biochemical detection o
11、f analyzers for test and evaluation. 3. the core collection, preservation and processing of all kinds of biological specimens. (E) professional master of Clinical Immunology test: 1. Clinical Immunology-related projects, the results of reports and clinical significance of routine testing. (1) hepati
12、tis logo real: hepatitis b serum logo real of determination (HBsAg, and HBsAb, and HBeAg, and HBeAb, and HBcAb), and hepatitis a and hepatitis c virus antibody determination (2) tumor logo real: methyl tire protein (AFP), and cancer embryo Antigen (CEA), and sugar Antigen 15-3 (CA15-3), and sugar An
13、tigen 19-9 (CA19-9), and sugar Antigen 12-5 (CA12-5), and prostate specific antigen (PSA), and p-like cell cancer related Antigen ( SCC) (3) immune function: immune globulin determination (IgG, and IgA, and IgM, and IgD, and IgE), fill body determination (C3, and C4), t lymphocytes Asia group, and a
14、nti-nuclear antibody (ANA), and anti-double chain DNA antibody (AdsDNA), and anti-mitochondrial antibody, and rheumatoid factor (RF) (4) virus antibody: bow insect, and rubella virus, and giant cell virus, and simple herpes virus antibody check (TORCH test) (5) other class: anti-Streptococcus hemoly
15、tic pigment o (AS O), c-reactive protein (CRP), serum Widal reaction, outside Pei, and cold agglutination test, specific目 录摘 要ABSTRACT第1章 绪论11.1 选题背景及意义11.2 在线式UPS概况11.3 不间断电源的发展趋势321.3.1 PWM软开关技术21.3.2 多电平技术31.3.3 并联技术31.3.4 低谐波、高精度输出技术31.3.5 数字化控制31.4 本文主要内容4第2章 逆变结构及控制实现52.1 模拟控制与数字控制52.2 单相逆变器结构
16、52.3 变压的实现SPWM波62.4 采样型电压SPWM生成原理与控制算法8第3章 硬件系统设计133.1 电源的整体结构和工作原理133.2 电源系统的整体硬件架构143.2.1 主控芯片的选择143.2.2 系统电源143.2.3 时钟电路、复位电路及烧写接口电路163.2.4 开关管驱动电路163.2.5 采样及信号调理电路183.2.6 蓄电池切换及充电控制电路203.2.7 滤波输出电路213.3 印刷电路板制作243.3.1 Protel DXP 2004简介243.3.2系统印刷电路设计图24第4章 软件实现概要254.1 主控制程序254.2 PWM中断程序25第5章 实验结
17、果及分析265.1 调试数据265.1.1 逆变输出265.1.2 负载调整率265.1.3 电压调整率275.1.4 蓄电池供电效率275.3 进一步工作研究285.3.1 发热问题285.3.2 升压问题295.3.3 采样问题29第6章 全文总结30参考文献31致谢33附 录3437浙江理工大学信息电子学院本科毕业论文(设计)第1章 绪论1.1 选题背景及意义随着计算机技术和信息技术的发展，在线式UPS愈来愈广泛应用于对所提供电能质量有高品质要求的高技术产品和设备。例如医疗生命维护系统、网络数据处理中心、银行结算中心等都要求供电网络能提供的优质交流电能。而实际的市网电网难以满足这些要求，
18、这是因为造成电网污染的因素除了电压波动、频率变化外，还有来自电网外部、内部的各种噪声和干扰，它们主要有：电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、噪声电压、过压、电压跌落、持续低电压、电源中断等。UPS是开关电源的一种，它是电力电子领域极其重要的一个行业，近年来发展非常迅速，已经渗透到我们生活的各个方面，以后也会起着越来越重要的作用，因此对其进行研究具有重要的现实意义。UPS的电路拓扑主要以下四种：后备式、在线互动式、在线式、电压补偿在线式（Delta逆变器）。这四种结构的UPS各有其优缺点，就供电质量来说，在线式和双逆变电压补偿式UPS最好，在线互动式次之，后备式最差。4对于UPS整个系统架构，可以说逆
19、变器是不间断电源系统的核心，决定着输出电压波形的质量。高性能数字信号处理的飞速发展，使得UPS的数字化控制更加精确，从而提高了整个UPS系统的稳定性和可靠性。随着信息化社会的发展，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要性随着信息应用的重要性日益提高而增加。正因为如此，本文将着重研究基于数字控制的在线式不间断电源。1.2 在线式UPS概况在线式又可称为双变换式，即市电输入到UPS输出先经过了AC/DC，然后又经过了DC/AC这样两次变换，其拓扑结构如图1.1所示。在市电正常情况下，市电输入交流电经过AC/DC变换得到需要的直流电，然后再通过逆变器将所得直流电逆变成
20、正弦波交流电提供给负载。与此同时，输入交流电通过充电电路对蓄电池进行充电。当市电超出规定范围时，逆变器的输入自动切换到蓄电池上，由蓄电池供电，此时由蓄电池提供的直流电经过逆变器变换成正弦交流电供给负载。因此无论是市电正常时，还是市电异常由蓄电池逆变供电期间，逆变器始终处于工作状态，这就从根本上消除了电网电压波动和干扰对负载的影响，真正实现了对负载的无干扰、稳压、稳频以及零转换时间。图1-1 在线式UPS拓扑图显然，这种UPS在电路结构上比后备式UPS要复杂得多，由于采用了两次变换，大大改善了供电质量。可知其性能特点是：（1）不论市电正常与否，负载的全部功率都由逆变器给出。所以，在市电故障的瞬间
21、，UPS的输出不会产生任何的间断；（2）输出电能质量高。由于UPS逆变器采用高频S删调制和输出波形反馈控制，可以向负载提供电压稳定度高、波形畸变率小、频率稳定以及动态响应速度快的高质量的供电电能；（3）全部负载功率都由逆变器提供，UPS的功率余量有限，输出能力不理想。所以，对负载提出限制条件，例如输出电流峰值系数(一般为3:1)、过载能力、输出功率因数(一般为0.7)等，输出有功功率小于标定的KVA数，克服冲击负载的能力较差；（4）整流器和逆变器都承担全部负载功率，整机效率低。1.3 不间断电源的发展趋势31.3.1 PWM软开关技术PWM软开关逆变技术是当今电力电子学领域最活跃的研究内容之一
22、，是实现电力电子技术高频化的最佳途径，也是一项理论性很强的研究工作。它的研究对于逆变器性能的提高和进一步推广应用，以及对电力电子学技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。但这里必须指出，软开关并不是没有损耗的，它只是把开关器件本身的一部分开关损耗转移到了为实现软开关而附加的谐振电路中的谐振元件上，总量上可能有所减少。软开关逆变技术研究的重要目的之一是，实现PWM软开关技术，也就是将软开关技术引进到PWM逆变器中，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关工作。为此，必须把LC与开关器件组成一个谐振网络，使PWM逆变器只有在开关切换过程中才产生谐振，实现开关的零电压开通和关断，一
23、般工作情况下则不发生谐振，以保持PWM逆变器工作特点。1.3.2 多电平技术随着电力系统中非线性用电设备，尤其是电力电子装置应用的日益广泛，电力系统中的谐波污染问题也越来越严重，而大多数电力电子装置功率因数较低，也给电网带来额外负担，并影响了供电质量。因此抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注例。解决电力电子装置产生的谐波污染和低功率因数问题不外乎两种途径：一种是加装补偿装置，如有源滤波器、无功功率补偿器等，设法对谐波进行抑制并对无功进行补偿；另一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因
24、数进行调节。后一种方法需要对现有电力电子设备进行大规模更新，代价较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。而前一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，已得到广泛应用。1.3.3 并联技术电源系统的发展方向之一是用分布式电源系统代替集中式电源供电系统。和集中式电源系统相比，分布式电源具有以下优点：提高系统的灵活性，可将模块的开关频率提高到兆赫级，从而提高了模块的功率密度，使电源系统的体积、重量下降；各个模块的功率半导体的电流应力减小，提高了系统的可靠性；分布系统可方便的实现冗余；减少产品种类，便于标准化。1.3.4 低谐波、高精度输出技术开关电源技术近
25、年来发展迅速，对低谐波、高精密电源需求也越来越多嗍。高精度、低谐波电源对保护用电设备、减小对电网的污染等方面都具有很大的作用。1.3.5 数字化控制电力电子变换器的数字控制是电力电子发展的趋势，也是现代逆变技术发展的趋势，目前国内期刊和国际会议已有很多的文献报道。虽然数字控制极大地简化了硬件电路，提高了系统的稳定性、可靠性和控制精度，但数控变换器在实际使用中还存在许多待解决的问题，例如：变换器开关动作对采样的严重干扰；检测的量化误差导致控制精度显著下降；高速运行下数字化脉宽调制时间分辨率的下降；开关功率变换器数字化的数学模型研究不够深入等。在很多实际应用的场合，往往采用模拟控制和数字界面。1.
26、4 本文主要内容本文针对现有逆变器结构及控制策略进行了详细的分析与对比，经过比较，选用实际滤波效果较好的单相全桥逆变电路作为主电路拓扑结构，详细介绍了逆变器硬件控制及其他各单元硬件电路的设计，给出了软件系统流程图及产生SPWM波形方法。由于时间精力有限，未能用MATLAB软件建立系统仿真平台，进行有效性和可行性分析。第2章 逆变结构及控制实现逆变器是UPS的输出环节，负责将直流电能转换为用户所需的高质量的交流电，所以逆变器设计的好坏在UPS中至关重要。2.1 模拟控制与数字控制模拟控制技术的优点在于响应速度快，应用方式成熟，有比较规范的开发设计方法。但其也存在着诸多的缺点：（1）因采用大量的分
27、散元件和电路板，导致硬件成本偏高，系统的可靠性下降；（2）由于人工调试器件的存在，导致生产效率降低及控制系统的一致性差；（3）器件老化及热漂移问题，导致逆变电源输出性能下降，甚至导致输出失败；（4）产品升级换代困难，对同一型号的模拟控制逆变电源，若不改动硬件，升级是不可能的，每一个新型的逆变电源都要求重新设计、制造控制系统；相比之下，采用高速微处理器来实现控制算法，能较好的解决上述问题，抗干扰能力也大大增强。同时能简化控制电路的设计、减少器件数目、降低成本，极大的缩短了开发时间。在当今竞争激烈的市场上，这一点尤为重要。2.2 单相逆变器结构单相逆变器的电路主要有，推挽逆变电路、半桥逆变电路、全
28、桥逆变电路等。推挽逆变电路由于采用陶铁磁铁心（在高频率工作环境下，具有低功率的损失），其低的磁通密度值，只要小的直流偏压值，就会导致变压器趋向饱和，造成不平衡现象，容易使得功率管过电流。半桥式逆变器和全桥式逆变器在UPS中较为常用。由于半桥逆变器的一个桥臂由两个大电容构成，这就决定了它的输出功率有限，因此此种电路只适合于输出功率较小、直流母线电压较高的场合。全桥逆变器比较适合运用在大功率场合。半桥逆变器和全桥逆变器虽然在主电路拓扑上有所不同，但是它们的工作原理和控制方法大致相同，本文选择的主电路是全桥逆变电路，有必要对其大致工作原理进行介绍。如图2-1所示，UGl、UG2、UG3、UG4分别是
29、四个功率管的驱动电压波形，UGl、UG3和UG2、UG4的波形是互补的。当UGl、UG3为高电平时，不妨设电流iL为正，G1、G3导通。电流流向为：电源正极GlLRCG3电源负极，此时电压为Uin。一段时间后UGl、UG3变为低电平，G1、G3关断，UG2、UG4电平变高。若电流iL为正，电流流向为：电源负极G2LRCG4电源正极，这时电压为-Uin；若电流iL为负,则电流流向为：电源正极T4RCLG2电源负极，这时电压为-Uin。所以逆变器输出波形为图2-2，它的平均电压如虚线。通过改变功率管驱动电压波形便可以得到成正弦变化的平均电压。13这就是下面要讨论的正弦波脉宽调制技术。图2-1 单相
30、全桥逆变结构图2-2单相全桥逆变电路波形2.3 变压的实现SPWM波随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制方式已成为主流，这种方法在电机控制和电源逆变领域具有重要意义。PWM技术可以迅速的控制输出电压，动态响应好并可有效地抑制谐波，较之其它调压方式在输出电压质量和效率方面有着明显的优势，因而得到了广泛的应用，应用技术也日臻完善。PWM波根据产生方法的不同，可分为：矩形波PWM、正弦波PWM（SPWM）、按谐波抑制原理的PWM、自适应电流控制PWM四类，这四种方式各有优缺点
31、，适用于各种不同的场合。本文的工作主要是针对在线式正弦波UPS逆变器。用脉宽调制PWM去控制功率管，逆变形成正弦波，在等宽矩形波的情况下是不能实现的，因为它存在许多高次谐波。一种方法就是将等宽的脉冲波变成宽度渐变的脉冲波，其宽度变化规律应符合正弦的变化规律，如图2-3所示。图2-3 SPWM波形我们把这样的波称为正弦脉宽调制波，简称SPWM波。从理论上讲，在给出了正弦半波频率、幅值、和半个周期内的脉冲数后，脉冲波形的宽度和间隔便可以准确计算出来。然后按照计算的结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的波形。但在实际应用中，人们常采用正弦波与等腰三角波相交的办法来确定各矩形脉冲的宽度：用
32、一组等腰三角形与一个正弦波进行比较，如图2-4所示，其相交时刻（即交点）来作为开关管开通和关断的时刻。【17】图2-4 SPWM波生成方法图2-5所示是通过LC滤波后的SPWM电流波形。根据采样控制理论，脉冲频率越高，波形便越接近正弦波，逆变器的输出电压为SPWM波形时，其低次谐波得到很好地抑制和消除，高次谐波又能很容易滤去，从而可得到畸变率极低的正弦波输出。图2-5 SPWM电流波形2.4 采样型电压SPWM生成原理与控制算法17电压SPWM技术主要是电压SPWM信号生成技术。通过生成的SPWM信号来控制逆变器件的开关管，从而实现电压调节。产生SPWM信号的方法可分为硬件法进而软件法两类。硬
33、件法中最实用的是采用专用集成电路，如HEF4752、SLE4520、SA4828等。软件法是使电路成本最低的方法，他通过实时计算来生成SPWM波。但是实时计算对控制器的运算速度要求非常高，使用带有硬件乘法器的DSC（下文将介绍）或DSP等高速处理器无疑是能满足这一要求的性价比最理想的控制器。电压SPWM信号实时计算需要数学模型。简历数学模型的方法有很多种，例如谐波消去法、等面积法、采样型SPWM法以及由他们派生出的各种方法。本文重点介绍采样型SPWM法。采样型SPWM法可分自然采样法、对称规则采样法和不对称规则采样法。三种采样方法的原理图如图2-6、图2-7、图2-8所示。图2-6是正弦波和三
34、角波与所生成的SPWM波之间的对应关系图，图中是三角波峰值，是三角波载波周期，正弦波与三角波的两个腰各产生一个交点，因此在一个载波周期内有两个交点，需要采样两次，和分别是这两次采样时刻，他们决定了SPWM波上的开通、关断时间分别是 、和、。经过数学推演计算，当使用自然采样法（图2-6）时，生成SPWM波的脉宽为式2-1： （2-1）式中：，即正弦波峰值与三角波峰值之比，M成为调制度。M的取值范围为01；M的值越大，输出的SPWM电压越高。是正弦波的角频率。式（2-1）是一个超越方程，其中的、是未知量，求解起来要花费较多的时间，因此自然采样法的数学模型不适合用于实时控制。 图2-6 自然采样法生
35、成SPWM波 图2-7 对此规则采样法生成SPWM如图2-7所示，对称规则采样法是以每个三角波的对称轴（顶点对称轴或底点对称轴）所对应的时间为采样时刻。过三角波的对称轴与正弦波的交点，作平行于t轴的平行线，该平行线与三角波的两个腰的交点作为SPWM波开通和关闭的时刻。因为两个交点是对称的，所以称为对称规则采样法。这种方法实际上是用一个阶梯波去逼近正弦波。由于在每个三角波周期中只采样一次，因此使计算简化。经过数学推演计算，当使用对此规则采样法（图2-7）时，生成SPWM波的脉宽为式2-2： （2-2）式中，为三角波角频率与正弦波频率之比，即载波比。当参数、M、N已知后，就可以根据式（2-2）实时
36、计算出SPWM波的脉宽时间。对此规则采样法的数学模型非常简单，但是由于每个载波周期只采样一次，因此所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度仍存在较大的误差。如果既在三角波的顶点对称轴位置采样，又在三角波的底点对称轴位置采样，也就是每个载波周期采样两次，这样所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度会大大提高。由于这样采样所形成的阶梯波与三角波的交点并不对称，因此称其为不对称规则采样法。图2-8 不对称规则采样法由图2-8可知，当在三角波顶点位置采样时有： （2-3）当在三角波的底点对称轴位置采样时，有： （2-4）将三角形相似关系式（2-5） （2-5）代入式（2-3）和（2-4）得： （2-6）生成的SPWM
37、波脉宽仍符合式（2-1），再写一遍：由于每个载波周期采样2次，故： （2-7）结合式可得： （2-8）将式（2-8）代入式（2-6）得： （2-9）其中k为偶数时代表顶点采样，奇数时代表底点采样。不对称规则采样法的数学模型较为复杂，但是由于其阶梯波更接近于正弦波，所所以谐波分量的幅度更小，在实际应用中得到更多的使用。以上对PWM控制技术的原理进行了分析。由微处理器以软件方式生成SPWM控制脉冲的方法具有抗干扰能力强、控制电路结构简单等优点，是一种比较理想的控制方案。在本系统中，以DSC为主控芯片，采用了工程上常用的基于不对称规则采样法的SPWM波形生成原理，利用汇编语言编程序实现SPWM这中断
38、算法。由于DSC为整个系统的主控芯片，除了输出逆变器控制用的SPWM脉冲外，还负责整个系统的各种保护及辅助控制功能。因此，要实现不对称规则采样法的实时计算有一定难度。为了发挥DSC作为主控芯片的能力，故设计中采用了查表法实现SPWM脉冲的输出，这样可以进一步提高效率。第3章 硬件系统设计3.1 电源的整体结构和工作原理电源的整体结构框图如图3-1所示。图3-1 电源系统框图系统主要由以下几部分组成：（1）MCU控制板。该部分由dsPIC30F2010以及附加的外围电路组成。该部分实现输出电压采样、状态控制、SPWM信号输出等功能。（2）驱动电路、保护电路以及采样调理电路。（3）功率电路。整个功
39、率电路由前级AC/DC和后级DC/AC（全桥逆变电路）组成，本文主要的研究对象是后级逆变部分，主要对这一部分加以说明。（4）蓄电池充电管理。（5）滤波输出电路。单相电压36VAC经整流滤波后供给全桥逆变电路。全桥在驱动信号作用下将整流滤波后的直流电变成一定电压、一定频率的交流电，经隔离滤波后供给负载。输出电压经过采样后送给DSC处理，DSC对取样信号进行相应的控制算法处理，输出修正后的SPWM控制信号，使得输出电压稳定在期望值。整流滤波电路将交流电转换成直流电。逆变电路的功能是将交流电整流滤波所得到的直流电压变换成交流电压，逆变器的输出是高频正弦脉宽调制波(SPWM)，该波形经LC低通滤波器滤
40、波之后得到标准的正弦波。控制电路是UPS系统的中心环节，输出电压精度的调节、精度控制以及各种异常保护电路都与控制电路密切相关。控制电路主要实现SPWM信号产生、闭环调压、反馈采样等功能。3.2 电源系统的整体硬件架构3.2.1 主控芯片的选择从数据传输处理的实时性、快速性、实用性以及性能价格比等方面考虑，选用了美国Mirochip公司的数字信号控制器dsPIC30F2010作为本系统逆变控制的主控芯片。数字信号控制器（DSC）是单片嵌入式控制器，它集成了单片机（MCU）的控制功能以及数字信号处理器（DSP）的计算能力和数据吞吐能力。美国微芯公司的dsPIC30F系列数字信号控制器提供了功能强大
41、的16位单片机所具备的所有功能：快速、复杂和灵活的中断处理，丰富的数字和模拟外设，电源管理，可灵活地选择多种时钟模式，上电复位欠压保护，看门狗定时器，代码加密，全速实时仿真以及全速在线调试解决方案。dsPIC30F2010是28脚的增强型16位闪存数字信号控制器，有以下结构特性： 改进的哈佛结构； 单内核无缝集成MCU和DSP； 16位宽度数据通道，24位宽度指令； 软件堆栈； 线性程序存储器容量达4M24位，线性随机存储器(RAM)容量达32K16位； 快速、稳定的中断响应； 支持3操作数指令A+B=C； DSP性能，具备硬件乘法器，适于高速复杂运算； 6路PWM输出通道，互补或独立的输出模
42、式，边沿和中心对齐模式，用于互补模式的死区时间控制；3.2.2 系统电源dsPIC30F2010采样先进的CMOS技术，具有宽工作电压范围（2.55.5V），所以选择控制芯片的电平为5V。另外逆变部分选择了IR2103驱动控制功率开关管，工作电压为1020V，所以选择15V作为其工作电压。同时短路保护反馈输入用的运算法大器LM358具有更加宽的工作电压范围：332V，故也选择15V。综上，需要生成5V、15V两种工作电平，考虑使用LM2576。LM2576系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器（buck）的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。该系列工作效率比流行的
43、三端稳压器要高得多。但是考虑到系统使用的是36VAC输入，经AC/DC整流滤波之后的母线电压为50V左右，而LM2576的工作输入电压上限为40V，所以必须考虑先进行DC/DC降压。考虑到现有器件的选取方便，决定先使用一级buck降压至2030V范围，再使用7815和7805稳出15V和5V电平。如图3-2所示。图3-2 电平转换电路对于上图中的Q0三极管有三种选择：3DD15、BU406、TIP41C。考虑到印刷电路板的尺寸限制和器件价格成本，选择了TIP41C。此处特别需要注意的是24V稳压管的限流电路R4的选择。因为稳压管正常工作需要达到一定的反向击穿电流，系统在工作时有两种母线电压：4
44、9V（外接交流供电）、37V（蓄电池供电）。综合考虑选择了15K作为限流电阻值，这样使稳压管在两种母线电压的情况下都可以正常稳在24V。调试过程中出现选择R4=20K，并在仅接入蓄电池时，稳压管不能稳压的现象。图中的R5为一个零欧电阻，其左边是VDC-是模拟地，右边是数字地，具有隔离作用。在使用万用板搭建电路的时候很容易将两种搞混。特别是在PCB布线的时候，零欧电阻显得特别重要，这样可以利用软件的特性防止将两种地连搞混乱。同时，如果在15V和5V稳压输出端连接一个小阻值的功率电阻，可以方便实际中的硬件调试。这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试，避开后面电路的影响。因为在实际调试过程
45、中我们可以先完成，一般都是先对系统电源部分进行调试，待准确无误之后再将系统电源模块接入整个系统，从而有效地防止了由于系统电源的不正常工作而对系统的其他器件造成不必要的损失。3.2.3 时钟电路、复位电路及烧写接口电路dsPIC30F2010提供了两个外部时钟引脚：OSC1/CLKI和OSC2/CLKO/RC15。其中，本系统采用外部无源晶振。选择8MHz晶振，内部16倍频，Fcy=Fosc*16/4=32MHz，对应计数周期为31.25ns。这对于整个电路板的电磁兼容性是很有好处的，因为外部只需要使用较低频率的晶振，避免外部电路干扰时钟，同时也避免了高频时钟干扰板上其他电路。C9、C10取22
46、pF。图3-3 时钟复位及烧写接口在设计复位电路时，一般应从两种复位的需要去考虑，一个是上电复位；另一个是工作中的复位，在靠近VDD端接一个0.1uF的旁路电容可进一步改善电路抗负向瞬变的能力。当VDD小于1V时，MCLR引脚不再吸入电流而变为开路，难以保证低电平有效。和地之间接入下拉电阻，可确保有效。本次设计采用的软件开发环境是Mirochip公司配套的MPlab IDE软件，采用的是ICD2在线仿真调试器/编程器。6芯排线可以直接把ICD2连接到仿真头进行调试，如目标板上已预留5芯插针（ICSP）接口，也可以直接把ICD2连接到目标板进行调试。3.2.4 开关管驱动电路前面已经提到，全桥的单个桥臂的上下两个功率管输入的两个SPWM波是互补带死区的。开关功率管采用的是压控恒流元件IRF540N，它的VGS为20V，ID为33A。截止时，最大漏电流为1A，导通电阻仅有0.04。然而DSC的I/O口输出电压在5V以下，如直接将DSC输出的SPWM信号接至IRF540N的栅极，驱动电压不足以使MOS饱和导通。IRF540N的开启电压是24V,所以应将驱动电压提高到10V以上就可以使其饱和导通了。
