【正文】 .......... 16 輸出濾波電路設(shè)計 ............................................................................................... 18 4 功率器件的驅(qū)動和保護(hù)電路設(shè)計 .......................................................................... 19 M57962L 驅(qū)動電路的簡介 ................................................................................... 19 引腳排列及主要性能參數(shù) ................................................................................ 20 M57962L 模塊具有以下特點： ..................................................................... 21 M57962L 工作原理 ............................................................................................ 21 IGBT 保護(hù)電路 .................................................................................................. 21 過流保護(hù) ............................................................................................................ 21 過壓保護(hù) ............................................................................................................ 22 5 逆變器控制系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................................................................ 23 SPWM 控制技術(shù) ................................................................................................... 23 PWM 調(diào)制法基本原理 ...................................................................................... 23 SPWM 波形生成方法的分析 ............................................................................ 23 SPWM 的約束條件 ............................................................................................ 26 SPWM 調(diào)制方法 ................................................................................................ 26 SPWM 控制電路設(shè)計 ........................................................................................... 27 SG3525 的電路組成及各部分功能 ................................................................... 27 SG3525 應(yīng)用電路 ............................................................................................... 29 5． 3 單片機(jī)接口電路設(shè)計 ........................................................................................ 30 A/D 轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計 .................................................................................. 30 D/A 轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計 .................................................................................. 33 6 結(jié)束語 .................................................................................................................... 37 致 謝 ........................................................................................................................ 38 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 39 附 錄 ...................................................................................................................... 40 1 緒 論 課題的研究背景 電力電子技術(shù)的發(fā)展 1957 年，美國研制出世界上第一只普通的 (400Hz 以下 )反向阻斷型可控硅，后稱晶閘管。功率場效應(yīng)晶體管優(yōu)點突出，但其導(dǎo)通電阻與耐壓大小成正比，這就限制了它在高頻、大功率領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，功率模塊逐漸向智能化方向發(fā)展，即模塊內(nèi)部除了主電路器件之外，還包括相應(yīng)的各種接口電路、保護(hù)電路 (過流、過壓、過熱保護(hù)等 )和驅(qū)動電路，故也稱智能功率模塊或功率集成電路。這類變頻器功率因數(shù)高、效率高、精度高、調(diào)速范圍寬，所以在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。 DSP 芯片 (數(shù)字信號處理器 )和 ARM(嵌入式技術(shù) )的出現(xiàn)將完善和解決這些工程問題提到議事日程之上，為應(yīng)用于能量回饋電路的新技術(shù)發(fā)展提供了廣闊的前景。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻電源中所使用的各種元器件的壽命和可靠性 都在不斷提高，這些都將使變頻電源本身的壽命和可靠性進(jìn)一步增加。變頻電源自問世以來引起了國內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注，現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項高新技術(shù)產(chǎn)品。 變頻逆變電源應(yīng)用廣泛，應(yīng)用該電源可以實現(xiàn)從三相交流電到單相交流電的轉(zhuǎn)換，為設(shè)備提供電源，其變頻功能還可以改變單相交流電的輸出變頻頻率，可以很方便的用于一些中小功率的單相 電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速等。正、反向兩組按一定周期互相切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸 出電壓 ou 。 ~ 5 0 H ZA C恒 壓 恒 頻（ C V C F ）整流逆 變D C中 間 直 流環(huán) 節(jié)A C變 壓 變 頻（ V V V F ） 圖 22 間接（交 — 直 — 交）變壓變頻裝置 先用可控硅整流器將交流電壓整成電壓可調(diào)的直流電壓 dV 。但是，由于輸入環(huán)節(jié)采用晶閘管可控整流器，當(dāng)電壓調(diào)得比較低時，電網(wǎng)端功率因數(shù)較低。 A CA CA CD CA CA CA CD CD CD C可 控 整 流 逆 變不 控 整 流不 控 整 流P W M 逆變 器逆 變斬 波 器調(diào) 頻調(diào) 壓a )b )調(diào) 壓 調(diào) 頻 圖 23 間接變壓變頻裝置的不同結(jié)構(gòu)形式 a)可控整流調(diào)壓、逆變調(diào)壓 b)不可控整流、斬波器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻 c)不可控整流、 PWM 逆變器調(diào)壓調(diào)頻 因此，為了提高通用性，系統(tǒng)選用 ACDCAC 變換電路（即交 — 直 — 交變壓變頻裝置）。 A C A C整 流直 流 環(huán) 節(jié)逆 變 圖 24 交 — 直 — 交變換器結(jié)構(gòu)圖 在交 — 直 — 交變換器這種結(jié)構(gòu)中 ，無論作為變頻調(diào)速器還是逆變電源，逆變技術(shù)在整個系統(tǒng)占有重要的地位。這類變頻器稱為電壓源型變頻器。采用二極管單相不可控整流橋，將交流電轉(zhuǎn)變成直流電。 (f)輸出濾波電路。 交 — 直部分 近年來，在交 — 直 — 交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合中，由于大多數(shù)逆變器（特別是 SPWM 逆變器）本身可以調(diào)壓，所以大都采用不可控整流電路經(jīng)電容濾波后提供直流電源，供后級的逆變器、斬波器等使用。電容開始以時間常數(shù) RC 按指數(shù)函數(shù)放電，當(dāng) ???t ，即放電經(jīng)過 ??? 角時， du 降至開始充電時的初值 ?sin2 2U ，另一對二極管 VD2 和 VD3 導(dǎo)通，此后 2u 又向 C充電，與 2u 正半周的情況一樣，由于二極管導(dǎo)通后 2u 開始向 C充電時的 du 與二極管關(guān)斷后 C 放電結(jié)束時的 du 相等，故有下式成立 ??? ? ?? s i n2)s i n(2 22 UeU RC ?? ?? （ 37） 注意到 ??? 為第 2 象限的角，由上兩式可得 )a r c t a n (RC???? ??? （ 38） ??? ??? ? s i n1)()a r c t a n(2 ???? RCRC RC eeRCRC （ 39） 在 RC? 已知時，即可由式 (19)求出 ? ，進(jìn)而可以由（ 18）求出 ? 。 主要參數(shù)關(guān)系 a)輸出的電壓平均值 空載時， R=? ，放電時間常數(shù)為無 窮大，輸出 電壓最大， 22Uud ? 。 以下由電路的運行情況來選擇二極管電壓定額和電流定額，整流二極管上承受的最大反向峰值電壓為： 2 6%)51(2 2 022 ????IU V，因此可以選擇耐壓為 400V 以上的二極管。濾波電容的選擇與負(fù)載的大小有關(guān)，確切地說是由放電回路的時間常數(shù) ?來確定的。它是電源的核心器件，其穩(wěn)定性和安全性對電源的可靠運行至關(guān)重要。 其中， 2 為峰值系數(shù)； 為過載容量系數(shù)； 為 eI 的減小系數(shù)。在負(fù)載電流為正的， V3和 V4導(dǎo)通時，負(fù)載電壓 ou 等于直流電壓 dU ； V4 關(guān)斷時，負(fù)載電流通過 V1 和 VD3續(xù)流， ou =0。在 ru 的負(fù)半周， V1 保持?jǐn)鄳B(tài)， V2 保持通態(tài)，當(dāng) ru cu 時使 V3 導(dǎo)通， V4 關(guān)斷， ou = dU ； u cu ruou ofuoudUd?OOt?t? 圖 34 單極性 PWM 控制方式波形 當(dāng) ru cu 時，使 V3 關(guān)斷， V4 導(dǎo)通， ou =0。由于電容的儲能作用，使得輸出直流電壓波形比較平滑，脈動成分降低，輸出直流電壓的平均值增大。當(dāng)柵極電壓為零時， IGBT處于斷態(tài)。 M57962模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 41 所示。 M57962L 輸出的正驅(qū)動電壓均為 +15V 左右，負(fù)驅(qū)動電壓為 — 10V。因此，其過壓保護(hù)也很重要。因此，綜上所述本文采用的M57962L 驅(qū)動 IGBT 的應(yīng)用電路如圖 45所示。由直流電源產(chǎn)生的 PWM 波通常都是等幅 PWM波。 PWM 控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖代替正弦波或所需要的波形，按一定 的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。另外，當(dāng)正弦波頻率變化或幅值變化時，各脈沖的寬度也相應(yīng)變化。 從圖 52 可得如下關(guān)系式： 222sin1CpDr Tt tU ?? ? （ 51） 因此可得 ： )s in1(2 DrCp tUTt ??? （ 52） 在三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊的間隙寬度 pt39。當(dāng)載波比為 3 或 3 的倍數(shù)時，輸出電壓將不存在偶次諧波，其它高次諧波含量也很小，故不對稱規(guī)則采樣法更常用。 在理想的情況下， M 可在 0～ 1 之間變換，以調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值