【正文】 驅(qū)動(dòng) IGBT 工作；該電路具有靈活簡便、控制精確、現(xiàn)場可編程等優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)用價(jià)值。我在設(shè)計(jì)中得到了老師的悉心指導(dǎo)，老師的博學(xué)以及強(qiáng)烈的責(zé)任心給我很深的影響。 (3)能方便地對(duì)兩個(gè)模擬調(diào)節(jié)參數(shù)修改或顯示。（注意：在芯片的 OE 不為高，或 MCU 未發(fā)送開始命令時(shí)， U、 V、 W端口并沒有實(shí)際的 SPWM 輸出） 當(dāng)芯片首次上電時(shí)，也將自動(dòng)復(fù)位所有的寄存器為內(nèi)部初始值，且芯片的輸出端保持高電平（ 不輸出時(shí)的缺省狀態(tài)）。 地址和數(shù)據(jù)的低位在先傳入，分別為 A0、 A A D0、 D D D DD D D7。 表 DTIM 寄存器數(shù)據(jù) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 － － DT5 DT4 DT3 DT2 DT1 DT0 PWM 載波的死區(qū)時(shí)間也是后級(jí)大功率管或大功率模塊的重要參數(shù)之一，它取決于后級(jí)功率電路的導(dǎo)通時(shí)間和截 止時(shí)間。 例如：如果后級(jí)功率電路的直流電壓為 60V， AMPR=217，選取純正弦波輸出，則輸出正弦波的峰值電壓為 ，有效值電壓為 。以下對(duì)內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行說明。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 STC 單片機(jī)作為主控器件，利用 SPWM 專用芯片 SM20xx 產(chǎn)生SPWM 信號(hào)送驅(qū)動(dòng)芯片 IR2130。如果芯片無法正常工作，請首先檢查此振蕩電路。HD7279A具有片選信號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于 8位的顯示或多于 64鍵的鍵盤接口。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 采用電壓輸出型電流互感器測量電流的電路如下圖 35： 圖 35 電流測量電路 頻率測量電路 頻率測量中，電壓互感器經(jīng) LM311 構(gòu)成的過零比較電路整形成方波，通過單片機(jī)進(jìn)行測頻。降壓器件可用電壓互感器降壓。 必須強(qiáng)調(diào)的是： SA4828對(duì)時(shí)鐘信號(hào)較敏感， CPU內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)根本不能使 SA4828正常工作，必須用獨(dú)立的外部振蕩電路產(chǎn)生工作時(shí)鐘，為使系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可使單片機(jī)與 SA4828公用同一時(shí)鐘源。然后向SA4828的控制寄存器傳送電源的頻率控制字和幅度控制字等參數(shù)。 為了減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，一些廠商推出了專用于生成三相或單相 SPWM波控制信號(hào)的大規(guī)模集成電路芯片，如 HEF475 SLE45 SA82 SA838等等。逆變器的輸出接隔離變壓器，為消除濾波電感的噪音，將變壓器和電感集成在一起，再在變壓器的次級(jí)并以適當(dāng)?shù)碾娙?，利用輸出變壓器的漏感與電容組成 LC低通濾波器，從電容的兩端獲得正弦電壓輸出，這樣不但消除了輸出濾波電感產(chǎn)生的噪聲，而且簡化了主電路設(shè)計(jì)。當(dāng)控制電路檢測到電容充電過程基本完畢后，與充電電阻并聯(lián)的接觸器觸點(diǎn)閉合，電阻處于短路狀態(tài)，系統(tǒng)開始正常工作。 3)輸出濾波電路全橋逆變電路的輸出為一系列高頻脈沖，要想得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，必須濾掉其高頻成分， LC濾波電路的作用正是濾除高頻，其參數(shù)由 LC濾波器的諧振頻率和特征阻抗決定。系統(tǒng)硬件電路由主電路、控制驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電 路和鍵盤顯示電路組成。但半橋式電路具有電路簡單，使用器件少，尤其具有抗不平衡能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 此在中小功率場所得到了廣泛應(yīng)用。與單端變換電路相比較，推挽電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大、輸出濾波電感可減小，兩組開關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖 Vg Vg2 不需隔離，控制簡單。該變換電路主要由 VT1， VT2 以及并聯(lián)至開關(guān)管的二極管 D1 和 D2 組成輸入端經(jīng)變壓器T,在輸出端由整流二極管 D D4 與輸出濾波電感和電容組成。變壓器 T 原邊繞組中分去磁繞組 NR 與原邊繞組 N1(通常 NR≤ N1)， NR與 D0 組成磁通復(fù)位電路。目前逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式、全橋式等多種類型。電源的綠色化有兩層含義：節(jié)能，用電少消耗少就可以減輕對(duì)環(huán)境的污染；對(duì)電網(wǎng)的污染少或者不產(chǎn)生污染，即電源系統(tǒng)的輸入電流高次諧波含量少。數(shù)字控制通用性好，軟件調(diào)制方便快捷，系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)方便。 現(xiàn)在變頻電源技術(shù)主要朝著一下幾個(gè)方向發(fā)展： 1）高頻化。在今后家電生產(chǎn)中，特別是冰箱和家用空調(diào)器的壓縮機(jī)控制中，變頻器的使 用肯定是必不可少的。世界各國電網(wǎng)制式的不統(tǒng)一，以及不同應(yīng)用領(lǐng)域的電源制式需求的不同，以下情況需要使用變頻電源： (1)家電業(yè)制造商如：空調(diào)設(shè)備、咖啡機(jī)、洗衣機(jī)、榨汁機(jī)、微波爐、收錄音機(jī)、冰箱、 DVD、洗塵器、電動(dòng)剃須刀等產(chǎn)品的測試電源； (2)電機(jī)、電子業(yè)制造商如：交換式電源供應(yīng)器、變壓器、電子安定器、 AC風(fēng)扇、不斷電系統(tǒng)、充電器、繼電器、壓縮機(jī)、馬達(dá)、被動(dòng)元件等產(chǎn)品的測試電源； (3)IT 產(chǎn)業(yè)及電腦設(shè)備制造商如：傳真機(jī)、影印機(jī)、碎紙機(jī)、印表機(jī)、掃描器、燒錄機(jī)、伺服器、顯示器等產(chǎn)品的測試電源； (4)實(shí)驗(yàn)室及測試單位如：交流電源測試、產(chǎn)品壽命及安全測試、電磁相容天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 測試、 OQC（ FQC）測試、產(chǎn)品測試及研發(fā)、研究單位最佳交流電源； (5)航空 /軍事單位如：機(jī)場地面設(shè)施、船舶、航天、軍事研究所等的測試電源； (6)鐵路、高速公路： 25Hz、靜頻信號(hào)電源。進(jìn)入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。由于在實(shí)際應(yīng)用中，不用場合使用的設(shè)備對(duì)電源的參數(shù)要求不一樣，同一個(gè)設(shè)備對(duì)電源參數(shù)的要求也是會(huì)變換到，例如電氣產(chǎn)品在測試階段時(shí)，需要根據(jù)出口國 家的市電電壓和頻率，在允許的波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，測試電氣產(chǎn)品的性能。由于 其使交流電機(jī)的調(diào)速范圍和調(diào)速性能均大為提升，因此交流電機(jī)逐漸代替直流電機(jī)出現(xiàn)在各種應(yīng)用領(lǐng)域，即便是以往只可能是直流電機(jī)出現(xiàn)的伺服控制領(lǐng)域。本文從變頻器的基礎(chǔ)理論出發(fā)，對(duì)主要器件和開發(fā)環(huán)境進(jìn)行分析，之后對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，主要包含變頻器的總體結(jié)構(gòu)、交流功率模塊、變頻控制模塊等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。今天對(duì)變頻電源除了有以上的要求外，還要求環(huán)保無污染，有源功率因數(shù)校正（ APFC）技術(shù)的發(fā)展以及在開關(guān)電源上的成熟應(yīng)用，可以有效的解決這一問題，功率因數(shù)可以提高到 以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 1995 年底，功率 MOSFET 和 GTR 在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步 ，而用 IGBT 代替 GTR 在電力電子領(lǐng)域巳成定論。現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。變頻技術(shù)的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新、電力電子器件及材料的開發(fā)及器件制造工藝水平提高基礎(chǔ)之上的，尤其是高壓大容量絕緣柵雙極晶體管 IGBT、集成門極換流晶閘管工 IGCT 器件的成功開發(fā)，使大功率變頻技術(shù)得以迅速發(fā)展，性能日益完善。傳統(tǒng)的變頻電源采 用模擬器件構(gòu)成，模擬器件需要大量的分立元件，不僅降低了電路工作的可靠性，也增加了系統(tǒng)的成本，系統(tǒng)調(diào)試難度大，出現(xiàn)故障時(shí)排查困難，維護(hù)困難。 DSP 強(qiáng)大的運(yùn)算能力和運(yùn)算速度，應(yīng)用于電源控制，可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制算法。 在本設(shè)計(jì)中，主要采用了 STC 系列單片機(jī)作為控制主機(jī)，通過其中的 PWM接口和軟件的配合實(shí)現(xiàn) SPWM 控制信號(hào)的產(chǎn)生來 實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻控制器，使用智能功率模塊（ SPM） FPAL15SH60 對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。隨著功率器件的不斷發(fā)展，目前 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )是逆變電源中常用的功率器件，已逐步取代原晶閘管、晶體管、場效應(yīng)管(MOSFET)。如果沒有去磁繞組 NR，變壓器二次繞組因 D1 反偏截止，原邊繞組中儲(chǔ)能無處釋放，將會(huì)引起很高的反電壓與輸入電壓 E 迭加至VT 上。所以低壓輸入的大功率變換器都是采用推挽變換技術(shù)。 VA=1/2E，VB=1/2E， VAB=0，保證開關(guān)器件均為截止時(shí)所受耐壓相同和均衡 (輸入電壓一半 )。兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通，輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，其幅值高出半橋變換電路一倍。因此是一種電能變換裝置。在整流電路中輸 出電壓是脈動(dòng)的，另外，在逆變部分產(chǎn)生的脈動(dòng)電流和負(fù)載變化也使得直流電壓產(chǎn)生脈動(dòng)，天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 為了將其中的交流成分盡可能的濾除掉，使之變成平滑的直流電，必須在其后加上一個(gè)低通濾波電路。逆變器工作時(shí)， IGBT開關(guān)根據(jù)負(fù)載 (或換能器 )的諧振頻率進(jìn)行切換， s s4和 s S3分別組成兩組開關(guān)。不論哪一項(xiàng)發(fā)生變化時(shí)，都使得載波與調(diào)制波的交點(diǎn)發(fā)生變化。 SA4828作為單片機(jī)的外設(shè)，通過對(duì)單片機(jī)編程，將 SPWM的初始化信息和控制信息寫入 SA4828的相關(guān)寄存器，即可產(chǎn)生精確全數(shù)字化的單相、三相 SPWM波形。輸出電壓經(jīng)隔離、取樣后進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果參與 PI運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果即為 SA4828幅度控制寄存器的控制字。在應(yīng)用中如需擴(kuò)展，附加硬件成本也不高，空間增加不大。電流互感器可以將電流量線性變換為電壓量，通過測量電壓值可以方便的測量電流值。該方案充分利用單片機(jī)資源，簡化了電路結(jié)構(gòu)，經(jīng)試驗(yàn)測試，單片機(jī)測量 20100HZ 的頻率精度可達(dá) %，完全能夠滿足題目的要求，因此頻率測量采用該方案。 HD7279A 應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管。在上電或 RESET 端由低電平變?yōu)楦唠娖胶螅?HD7279A 大約需要經(jīng)過 18～ 25ms 的時(shí)間才會(huì)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。單片機(jī)發(fā)出指令控制 SM20xx 產(chǎn)生 SPWM 信號(hào)，頻率和末端電壓幅值由鍵盤輸入而改變。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 表 寄存器數(shù)據(jù) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 Pf7 Pf6 Pf5 Pf4 Pf3 Pf2 Pf1 Pf0 輸出的三相波頻率 fsin 由式（ 1）算出 fsin=fclkPFR/(512192256) （ ） 式中： fclk—— 是系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率； PFR——PFR 寄存器的值 (0～ 255)。 表 FPDR 寄存器數(shù)據(jù) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 CF1 CF0 PD5 PD4 PD3 PD2 PD1 PD0 PWM 頻率選擇位 CF CF0。 圖 42 死區(qū)時(shí)間設(shè)置 死區(qū)時(shí)間 tpdy 由式（ 5）算出 : tpdy=DT/（ fc512） （ ） 式中： DT——死區(qū)時(shí)間選擇數(shù)值。此時(shí)輸出端輸出高電平，各寄存器的內(nèi)容如表 2 所列。 顯示主要的內(nèi)容如下： 停車時(shí)顯示停車標(biāo)志， 故障時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的故障碼，正常運(yùn)行時(shí)顯示逆變輸出頻率。 (5)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位鍵后，整個(gè)系統(tǒng)停止工作。