【正文】 （ 1）順序啟動功能 ,諸如 EPS 的負(fù)載很大一部分是感性沖擊負(fù)載，具有較大的啟動電流，在選型時必須加大 EPS 容量，從而造成設(shè)備資源的浪費以及用戶成本的增加。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 4 本 文 的主要 研究 內(nèi)容 與一般的 EPS 電路不同，本設(shè)計的主電路采用雙向 SPWM 電路和雙向 DC/DC 電路。這種整流電路也可以稱為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器?？刂破骶钟蚓W(wǎng) CAN 為串行通信協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制，其傳輸速率可達(dá) 1Mbps。蓄電池的充電方法很多，有恒流充電、恒壓充電、浮充充電、脈沖充電等。第三個階段：當(dāng)恒壓充電達(dá)到設(shè)定的時間后，結(jié)束恒壓充電，轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，以補償蓄電池由于自放電而損失的能量，減少充放電循環(huán)次數(shù)，提高活性物質(zhì)利用率和使用壽命。上位機可以下達(dá)對整個電路的控制命令，并且可以隨時監(jiān)測整個電路的運行情況 ，上位機與微處理器使用RS232 接口 。整個電路由微控制器（ P8XC591）直接控制， PC 機可以在線對整個 EPS 的工作情況進(jìn)行監(jiān)控。同時，輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)很低。把逆變電路中的 SPWM 控制技術(shù)用于整流電路，就形成了 PWM 整流電路。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 7 CAN 總線與 RS232 相比，具有如下優(yōu)勢。 （ 4） CAN 采用非破壞總線仲裁技術(shù)。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 8 第 3 章 應(yīng)急電源主電路 工作原理與設(shè)計 雙 向 DC/DC 變流器 雙向 DC/DC變流器的工作原理 雙向 DC/DC 變流器主要由電感 L，兩個 IGBT 組成。該模式由蓄電池、電感 L、 V8和VD7 組成。該模式有蓄電池、電感 L、 V7和 VD8 組成。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 9 雙向 DC/DC電路的設(shè)計 在雙向 DC/DC 電路中，有功率管 V V8和續(xù)流二極管 VD VD8，如圖 。對于本雙向 DC/DC 變流器，電壓、電流指標(biāo)可以由如下公式得到： Umax=Udmax () Imax≈ () 式中： Umax— IGBT 上承受的最大電壓 Udmax— 直流母線上的最大電壓 Imax— IGBT 上流過的最大電流 P— 蓄電池端輸出功率 Udmin— 直流母線上的最低電壓 為了滿足安全性和可靠性，實際 IGBT 的電壓電流參數(shù)應(yīng)適當(dāng)提高一點。 蓄電池概述 在應(yīng)急電源系統(tǒng)中，廣泛使用蓄電池作為儲能裝置。因此，正確合理地使用 鉛酸蓄電池對 EPS 的無故障運行有重要的影響。它的主要優(yōu)點是電壓穩(wěn)定、價格便宜；缺點是比能低 (即每公斤蓄電池存儲的電能 )、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。平均放電電壓 通常采用第一種表示方法，所以確定蓄電池組的容量時，應(yīng)考慮放電電流的大小和放電時間的長短。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線。本系統(tǒng)采用 30節(jié)單體標(biāo)稱電壓為 12V 的蓄電池串聯(lián)，組成 360V 標(biāo)稱工作電壓的蓄電池組，要求應(yīng)急供電時間為 90分鐘，可以得出蓄電池所選擇的容量 單節(jié)電池容量 =P179。 （ Ah） 上式中 P為 EPS 系統(tǒng)的額定輸出功率，考慮到濾波器的損耗以及功率開關(guān)的開關(guān)損耗，逆變器的效率η為 。 圖 三相橋式 PWM 逆變電路波形 三相逆變電路一般采用 SPWM 調(diào)制方式， A,B,C 三相的 PWM 控制通常公用一個三角載波中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 14 uc，三相的調(diào)制信號 urA、 urB和 urC依次相差 120176。=Ud/2。當(dāng)給 V1(V4)加導(dǎo)通信號時，可能是 V1(V4)導(dǎo)通，也可能是二極管 VD1(VD4)續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來決定。 n 為輸出電壓中性點?？梢钥闯?，當(dāng)臂 1與臂 6導(dǎo)通時， uAB=Ud，當(dāng)臂 3和 4導(dǎo)通時， uAB=Ud，當(dāng)臂 1和 3 或臂 4和 6 導(dǎo)通時， uAB =0。 2/3） Ud、（177。同時，為了使一相的 PWM 波正負(fù)半周鏡對稱， N 應(yīng)取奇數(shù) [5]。 （ a） L 型 （ b） T 性 （ c） π 型 圖 低通濾波器的單元 電路 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 15 本設(shè)計三相逆變器采用 L型的低通濾波器。 因為逆變橋輸出電壓諧波聚集在以基波的 K 倍次諧波為中心所形成的雙邊頻帶上。 PWM 逆變電路可以使輸出電壓、電流接近正弦波，但由于使用載波對正弦信號波調(diào)制，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波分量。以載波周期為基礎(chǔ)，在利用貝塞爾函數(shù)可以推導(dǎo)出 PWM 波的傅里葉級數(shù)表達(dá)式，但這種分析過程相當(dāng)復(fù)雜，而其結(jié)論卻是很簡單而直觀的。 kω r 式中， n=1,3,5， ? 時， k=3（ 2m1） 177。 上述分析都是在理想條件下進(jìn)行的。一般情 況下 ω c》 ω r，所以 PWM 波形中所含的主要諧波的頻率要比基波頻率高得多，是很容易濾除的。其頻譜圖如圖 。二極管整流電路雖然位移因數(shù)接近 1，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低。另一路通過雙向 PWM變流器整流，在通過雙向 DC/DC 電路降壓電路為蓄電池充電。在圖 中，處于通態(tài)的三個器件為 VD VD5 和 VD6，電網(wǎng)通過中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 17 二極管 VD VD5 和 VD6 向直流側(cè)輸送能量，此時， uab=Ud， ubc=.Ud， uca=0。 （ 3）橋中有一個二極管和兩個可控器件處于通態(tài)，這種模式也稱為 1D2V 模式。從電源控制方面考慮，Udc過低，不能完成控制 L中電流的任務(wù)； Udc過高，會提高器件的耐壓定額，增加系統(tǒng)成本，同時也降低系統(tǒng)可靠性 [8]。實際情況下，整流器輸入端不存在中點，只需考慮整流器輸入端的線電壓即可。當(dāng)線電壓波形出現(xiàn)畸變時，電源電流也開始畸變，并且產(chǎn)生相移，Ua U’fA ωLIa RIa UfA Ia I’a ωLI’a RI’a 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 19 從電網(wǎng)吸收無功功率 [9]。因此，在 SPWM 控制方式下，必須滿足 ≥ 。常用的方法有 RCD 吸收電路、 RC 吸收電路、 C吸收電 路 [11]。其容量可選 1000uf，耐壓等級為 1200V 的電解電容 2只。因此，對滿足上式的 L 值，還需綜合考慮對應(yīng)的最小直流電壓。 首先考慮電流調(diào)整速度對電感取值的要求。 直流電 壓調(diào)節(jié)速度，考慮在實際直流電壓低于或高于參考電壓時，直流電壓的快速調(diào)節(jié)性。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 21 第 4章 應(yīng)急電源控制 系統(tǒng)原理與設(shè)計 雙向 DC/DC 電路的控制波形的產(chǎn)生 雙向 DC/DC 電路的中 IGBT 的 驅(qū)動脈沖采用 PWM 調(diào)制方式實現(xiàn)。單片機輸出的 PWM 波不能直接驅(qū)動功率管，需要外接驅(qū)動芯片（ EXB840） 。 SA4828 是中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 23 MITEL 公司推出的一種專門用于產(chǎn)生三相 SPWM 信號的集成芯片。 SA4828 的 引腳大體 可以分為三類信號： （ 1）與單片機的接口信號： AD0～ AD WR、 RD (2)輸入信號： CS、 CLK、 RESET、 SETTRIP 分別為片選、時鐘、復(fù)位信號 ,SETTRIP 可快速關(guān)斷全部 SPWM 信號。在系統(tǒng)工作之前，先進(jìn)行初始化，即從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸人控制字，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置； （ 2）從內(nèi)部 ROM 讀取并產(chǎn)生 PWM 調(diào)制波形。 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 24 圖 SA4828 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 SA4828 內(nèi)部 SPWM 產(chǎn)生原理 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 25 SA4828參數(shù)計算 表 初始化寄存器控制字功能 寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能 R0 FRS2 FRS1 FRS0 CFS2 CFS1 CFS0 輸出頻率和載波選擇 R1 PDT6 PDT5 PDT4 PDT3 PDT2 PDT1 PDT0 選擇脈沖取消時間 R2 PDY5 PDY4 PDY3 PDY2 PDY1 PDY0 死區(qū)時間選擇 R3 AC 0 0 WS1 WS0 選擇幅升和輸出波形 R4 R5 WD15 WD14 WD13 WD12 WD11 WD10 WD9 WD8 WD7 WD6 WD5 WD4 WD3 WD2 WD1 WD0 看門狗計數(shù)器 表 控制寄存器控制字功能 寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能 R0 R1 PFS7 PFS6 PFS5 PFS4 PFS3 PFS2 PFS1 PFS0 PFS15 PFS14 PFS13 PFS12 PFS11 PFS10 PFS9 PFS8 運行頻率選擇字 R2 RST WTE CR INT F/R 復(fù)位、看門狗、正反轉(zhuǎn) R3 RAMP7 RAMP6 RAMP5 RAMP4 RAMP3 RAMP2 RAMP1 RAMP0 R 相輸出幅值選擇字 R4 SAMP7 SAMP6 SAMP5 SAMP4 SAMP3 SAMP2 SAMP1 SAMP0 S 相輸出幅值選擇字 R5 TAMP7 TAMP6 TAMP5 TAMP4 TAMP3 TAMP2 TAMP1 TAMP0 T 相輸出幅值選擇字 （ 1）寄存器 R0 的 D2～ D0， CFS2～ CFS0 載波頻率，設(shè) SA4828 的外接頻率（ fCLK)為 12MHz（最高可達(dá) ），載波頻率： fCARR=fCLK/512/2n+1 () 令 n=2，即 CFS2～ CFS0=010，所以 fCARR =2929Hz。 PDT/fCARR/512 () 令最小脈沖寬度為 6μ s，即 PDT6～ PDT0=1110110。 PFS/65536 () 設(shè)運行頻率為 50Hz，則 PFS15～ PFS0=3475H。 PWM 整流電路的控制方法按照有沒有引入電流反饋可以將這些控制方法分為兩種，沒有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制，引入交流電流反饋的稱為直接電流控制?？刂葡到y(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側(cè)電壓控制環(huán)。達(dá)到穩(wěn)態(tài)時， ud*仍和 ud相等， PI 調(diào)節(jié)器輸入仍恢復(fù)到零，而 id則穩(wěn)定在新的較大的值，與較大 的負(fù)載電流和較大交流輸入電流相對應(yīng)。 圖 間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 下面再來分析控制系統(tǒng)中其余部分的工作原理。 uL 三角波 cos(wt+2kπ/3) (k=0,1,2) u*d PI R XL ud sin(wt+2kπ/3) (k=0,1,2) id uR uA,B,C ua,ub,uc ud R L 負(fù)載 中小功率應(yīng)急電源的研究與設(shè)計 28 直接電流控制 直接電流控制是通過運算出交流輸入電流指令值，在引入交流電流反饋，通過對交流電流的直接控制而使其跟蹤電流指令值，因此這種方法稱為直接電流控制。外環(huán)的結(jié)構(gòu)、工作原理均和間接電流控制系統(tǒng)相同。 采用滯環(huán)電流比較的直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，電流相應(yīng)速度快，控制運算中未使用電路參數(shù)，系統(tǒng)魯棒性好，因而獲得了較多的應(yīng)用。與電網(wǎng)同步的三相正弦波信號由一個三相降壓變壓器組成，忽略變壓器的電阻和漏感，三相正弦 波信號與電網(wǎng)基本同步。 VCR1081KR 11 0 50KR112470R1131K R1161KR115470R118470R 11 7 50KR 11 4 50KD D UD1D D VD2D D WD31 21 2 1 2D4 D5R 11 1 10KR 10 9 R E SVEOC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U 29 74 L S 37 3D1D2D4D5R P H BY P H BB P H BR P H TY P H TB P H TO C 2D6D6D3V C C 圖 滯環(huán)比較器 指令電流和反饋電流求和后，輸出到滯環(huán)比較器的輸入端。常用的 IGBT 驅(qū)動模塊有三菱公司的 M579 系列和富士公司