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间，注：4mA\的G型不能用电位器手动调节，此时+5V端也没有用处。 (4)单相交流异步电动机的调速原则上应采用变频器，只有风机类、水泵类单相

电机在要求不高的场合可采用单相调压模块。

(5)三只单相调压模块不能使用在三相电网上对三相负载调压。 (6)弱电部分、强电部分、模块底板相互间绝缘电压均大于2000Vac。 (7)整个模块的发热量按负载实际电流安培数乘1．5W／A计算，散热器可选用的型号有E．40、F．70、F．100及G系列。 3.2.2辅助电源电路

辅助电源电路是一个系统的核心，是保障系统正常运行的必要条件。开关电源的稳压精度高，但是只能稳定一路电压。本系统的信号处理电路和各种驱动电路需要多组直流稳压电源为系统供电。所以单纯的选择开关电源既不经济也无法满足系统的要求。所以本系统采用2个三端稳压块分别构成+12V和+5V稳压电路输出，如图3．5所示。

+12V电源为脉宽调制芯片SG3525及各功能电路的运算放大器供电；+5V电源主

要为单片机及其所有外围设备供电，包括A／D转换芯片MAXl97，多路选择器CD4052，

以及液晶模块及其背光电源。

图3.5辅助电源电路

电网电压经过变压器与桥式整流电路后变成直流电。在经过一个有极性电容和一个无极性电容后滤去低频和高频谐波分量，在稳压块的输入端产生一个基本

稳定的电压，经过稳压块后产生一个稳定的直流电压。稳压块的输入端要满足在电网电压下降至最低时还至少比输出端的电压高3V。由于+5V所提供的负载电流很低所以可以直接将其连接至+12V稳压块的后端，这样节省了变压器副端的输出。

3.2.3脉冲形成电路

本系统选择AT89C51作为主控芯片，选择脉宽调制芯片SG3525提供半桥逆变电路开关管的驱动脉冲，通过主控芯片AT89C51产生控制脉冲改变SG3525驱动脉冲时间形成最终系统输出的高压脉冲。下面简要介绍所用到的芯片和脉冲产生电路[12-13]。

(1)SG3525简介

SG3525采用双列直插式封装，CMOS工艺，具有功耗小、驱动能力强、开关动作快、外接元件少等优点。各引脚功能如下：1、2引脚分别为互差放大器的反相输入端和同相输入端，3脚为同步输出端，4脚为振荡器输出，5、6脚分别外接内部振荡器的时基电容和电阻，7脚接放电电阻，8脚为软启动，9脚为误差放大器的频率补偿端，10脚为关断控制端，11、14脚为驱动脉冲输出端，12脚为接地端，13脚接输出管集电极电源，15脚接SG3525的工作电源，16脚为5．1V基准电压引出端。

SG3525内部结构框图如图3．6所示，它在第一代脉宽调制芯片SG3524的基础上作了较大的改进，克服了SG3524的不足成为第二代集成电路脉冲宽度调制器，特别适合于半桥逆变电路的驱动信号控制。主要表现在以下几个方面：

第一，电路中设置了欠压锁定和限流关断电路。为了在欠压状态下(U<8V时)有效地使输出保持在关断状态，电路中设置了欠电压封锁电路，当U>2．5V时，欠电压封锁电路就开始工作，其上限值为8V，但在电路达到8V前，电路各部分已进入正常工作状态，而当从8V下降到7．5V时，锁定电路又开始恢复工作，其中有0．5V的回差电压，用于消除钳位电路在阈值点处的振荡。在锁定电路工作期间，输出一高电平，加至组合逻辑门电路的输入端，以封锁PWM的脉冲信号。SG3525没有电流限制放大器，它采用了关断控制电路来进行限流控制，只要将信号加于10脚就能实现限流控制。另外，10脚也可提供各种程序控制的需要。

第二，改进了振荡电路。主要是将时基电容CT的放电电路与充电电源分开，

单独设立引脚7，CT放电通过外接电阻RD来实现，改变RD即可改变CT的放电时间常数，从而改变了死区时间，而CT的充电是由Ib规定的内部电流源决定的。振荡器的振荡频率为：

第三，输出电路的改进。SG3525输出级采用了图腾柱输出电路，它能使输出管更快地关断，Vl由达林顿管组成，最大驱动能力为100mA，Vz作为开关器件，在其导通时可以迅速把外接MOS管栅极上的电荷从它的集电极泄放至地，最大吸收电流为50mA。

SG3525的脉宽调制过程为：SG3525的15脚为电源输入端，其启动电压为8V以上。当电压从8V降低至7．5V时，欠压锁定电路开始工作。输出端11和14无脉冲输出。当15脚建立正常工作电压后，其内部即建立恒压源和恒流源，为其内部电路正常工作提供能源。通过5，6脚外接定时元件以及7脚放电端，使5脚产生锯齿波信号，加于内部比较器的输人端。当误差放大器输出端9脚电压上升时，比较器输出的脉冲宽度变窄，11或14脚输出的脉冲宽度反而变宽；当误差放大器输出端9脚电压下降时，情况与上述相反，从而实现输出脉宽调制，并控制脉宽调制信号的频率。2脚接基准电压，1脚为输出电压取样端。当1脚电压升高时，经误差放大9脚电压下降，反之，9脚电压上升。9脚上电压的上升和下降；最终都表现在11，14脚输出脉冲的宽窄变化上，以实现电路的自动稳压调节。10脚为检测电路输入端，即可用作过流检测或过压检测。当10脚输人高电位时，将关闭11，14脚的脉冲输出，以保护开关管不受损坏。

图3.6 SG3525内部结构框图

(2)控制脉冲产生电路设计

本系统通过单片机AT89C51控制SG3525的工作时间来产生半桥逆变电路的驱动信号，具体电路如图3．7所示。用户通过键盘把要求的系统输出脉宽和频率值输入单片机，使其P1．0引脚输出控制脉冲，高低电平时间可以通过程序算法求得。单片机P1．0引脚接到SG3525的关断控制引脚。当P1．0为高电平时，触发SG3525关断引脚使其关断，同时引脚11、14停止输出驱动脉冲。这样，半桥逆变电路的开关管无触发信号无法工作，此时刻开始为系统输出脉冲的低电平时间；反之，当单片机P1．0引脚输出低电平时，此时刻开始为系统输出脉冲的高电平时间。

图3.7脉冲产生电路

设输出频率设定值为fre_set，脉宽设定值为pl_wid_set，则AT89C51的P1．0引脚输出高电平的时间为：

低电平时间为：

当P1．0引脚输出电平由高电平变到低电平时，由于SG3525有软启动功能，系统软启动。为了提高系统动作的及时性，应把软启动延时电容值取得小一些。本论文取软启动电容为1000pF～2000pF。否则软启动时间过长，系统输出电压上升过慢，致使整个脉冲波形无法满足要求。 3.2.4高压脉冲电源的控制及稳定

整个系统的控制由TMS320F2812 DSP芯片和IGBT驱动器来实现，主要通过

恒定导通时间-恒频控制的方法实现LCC串并联谐振充电电路的软开关，减少开关损耗，调节输出电压;及利用变频变宽的控制方法实现后级脉冲形成电路的输出脉冲控制和IGBT同步触发等。

TMS320F2812开发板，内部集成了16路12位A/D转换器、两个事件管理器模块、一个高性能CPLD器件XC95144XL,可实现过压、过流保护在内的电源系统运行全数字控制，提高输出电压的精度和稳定度。且采用软件编程实现控制算法，使得系统升级、修改更为灵活方便。

根据开关稳压电源的相关原理，结合本系统的设计要求，论文采用脉宽调制控制芯片SG3525实现稳压功能，利用单相交流调压模块实现电压调节功能，设计了一个稳压调压电路，如图3．8所示。

图3.8稳压调压电路

电路中取8KQ的同轴电位器，取4个RPl=10MQ串联分压，R47=160Kf2，R48=R49=2KQ。桥式整流滤波电路和系统输出端分压电阻的选取，可以保证当同轴电位器滑到最上端和最下端时，分别对应输出电压的最大值和最小值，同时A点和A7点的分压值均为2．5V。下面详细介绍此电路工作过程。 稳压过程：稳压过程其实即为PWM控制芯片SG3525常见应用。当输出电压升高时，电压反馈信号经过同轴电位器后进入SG3525的1脚，与2脚的基准电压进行比较，1脚电压比2脚高时，内部放大器输出端为低电平，随之9脚电压降低，11脚和14脚的输出脉冲变窄，然后驱动逆变电路缩短开关管导通时间，所以输出电压又下降，最终系统维持动态平衡于输出电压值。输出电压降低时与上述情况相反。

调压过程：首先可以明确，图3．8中的同轴电位器与交流调压模块和桥式整流滤波电路形成一个负反馈回路。当需要升高输出电压时，将同轴电位器向上