【文章內(nèi)容簡介】 流電源 即 可實現(xiàn)對功率IGBT 或 MOSFET 的最優(yōu)驅(qū)動，還具有完善的保護功能。 這樣 可以使整個第 12 頁 共 34 頁 驅(qū)動電路簡單可靠。 (1) IR2130 驅(qū)動芯片的特點 IR2130 可用來驅(qū)動工作在母 線 電壓不高于 600V 的電路中的功率 MOS門器件。它內(nèi)部設(shè)計有過流、過壓及欠壓保護、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò)，使用戶可方便的用來 保護被驅(qū)動的 MOS 門功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對同一橋臂上下 2 個功率器件的門極驅(qū)動信導(dǎo)產(chǎn)生 2μs 互鎖延時時間 ，避免上下臂直通 。它自身工作和電源電壓的范圍較寬 (3～ 20V)，在它的內(nèi)部還設(shè)計有與被驅(qū)動的功率器件所通過的電流成線性關(guān)系的電流放大器，電路設(shè)計還保證了內(nèi)部的 3 個通道的高壓側(cè)驅(qū)動器和低壓側(cè)驅(qū)動器可單獨使用，亦可只用其內(nèi)部的 3 個低壓側(cè)驅(qū)動器，并且輸入信號與 TTL 及 COMS 電平兼容。 VCC1HIN12HIN23HIN34LIN15LIN26LIN37FAULT8ITRIP9CA010CA11VSS12VS013LO314LO215LO116NC17VS318HO319VB320NC21VS222HO223VB224NC25VS126HO127VB128IR2130 圖 24 IR2130 引腳圖 IR2130 引腳如上圖 24 所示。 VB1～ VB3：懸浮電源連接端，通過自舉電容為 3 個上橋臂功率管的驅(qū)動器提供內(nèi)部懸浮電源， VS1～ VC3 是其對應(yīng)的懸浮電源地端。 HIN1～ HIN LIN1～ LIN3：逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅(qū)動信號輸入端，低電平有效ITRIP：過流信號檢測輸入端，可通過輸入電流信號來完成過流或直通保護 。 CA、 CAO、 Vso：內(nèi)部放大器的反相端、輸出端和同相端，可用來完成電流信號檢測。 HO1～ HO LO1～ L03：逆變器上下橋臂功率開關(guān)器件驅(qū)動器信號輸出端 。 FAULT：過流、直通短路、過壓、欠壓保護輸出端，該端提供一個故障保護的指示信號。它在芯片內(nèi)部是漏極 。 Vcc、 Vss：芯片供電電源連接端， Vcc 接正電源，而 Vss 接電源地。 第 13 頁 共 34 頁 (2) IR2130 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理 IR2130 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 下 圖 25 所示 。 圖 25 IR2130 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 它的內(nèi)部集成有 1 個電流比較器 CURRENT COMPARATOR， 1 個電流放大器 CURRENT AMP ， 1 個自身工作電源欠壓檢測器 UNDERVOLTAGE DETECTOR， 1 個故障處理單元 FAULT LOGIC 及 1 個清除封鎖邏輯單元 CLEAR LOGIC。除上述外，它內(nèi)部還集成 有 3 個輸入信號處理器 INPUT SIGNAL GENERATOR 兩個脈沖處理和電平移位器 PULSE GENERATOR LEVEL SHIFTER， 3 個上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動信號鎖存器 LATCH， 3 個上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動信號與欠壓檢測器， UV DETECTOR 及 6 個低輸出阻抗 MOS 功率管驅(qū)動器DRIVER 和 1 個或門電路。 正常工作時，輸入的 6 路驅(qū)動信號經(jīng)輸入信號處理器處理后變?yōu)?6 路輸出脈沖，驅(qū)動下橋臂功率管的信號 L1～ L3 經(jīng)輸出驅(qū)動器功放后，直接送往被驅(qū)動功率器件。而驅(qū)動上橋臂功率管的信號 H1～ H3 先經(jīng)集成于 IR2130 內(nèi)部的 3 個脈沖處理器和電平移位器中的自舉電路進行電位變換，變?yōu)?3 路電位懸浮的驅(qū)動脈沖，再經(jīng)對應(yīng)的 3 路輸出鎖存器鎖存并經(jīng)嚴格的驅(qū)動脈沖與否檢驗之后，送到輸出驅(qū)動器進行功放后才加到被驅(qū)動的功率管。 具體保護如下： 1． 過流保護。電流檢測元件 DWI、 R1 送出的信號接至過流檢測輸入端 Im9腳），當(dāng)外電路發(fā)生過流或直通， I，端電壓高于 0． 5v時， IR2130 內(nèi)部保護電路使其輸出驅(qū)動信號全為低電乎，從而使被驅(qū)動的 M0S 器件全部截止，保同護時了功率管，同時 IR2130 的 FAULT（引腳 8 變?yōu)榈碗娖剑撔盘柦影l(fā) 光二極管進行故障報警，也可將其引入前一極控制電路封鎖脈沖形成環(huán)節(jié)的輸出。 2． 欠壓保護。若 IR2130 的工作電源欠電壓，與過流保護相似，內(nèi)部的欠壓保護電路使其輸出驅(qū)動信號全為低電乎，同時從 FAULT 端輸出故障信號。直到 第 14 頁 共 34 頁 故障清除后，在信號輸入端 LIN1～ LIN3 同時被輸入高電平，才可以解除故障閉鎖狀態(tài)。 3． 邏輯封鎖。當(dāng)前一級控制電路的脈沖發(fā)生邏輯錯誤時， IR2130 接受到功率元件同一橋臂高壓 側(cè) 和低壓側(cè)兩功率器件的驅(qū)動信號全為高電平時，則IR2130 輸出的 2 路門極驅(qū)動信號全為低電平，從而可靠地避免橋臂直通 現(xiàn)象發(fā)生。 (3) 采用 IR2130 的逆變器電路結(jié)構(gòu) 圖 26 給 出了 IR2130 驅(qū)動 3 相逆變裝置 的電路示意圖 。 圖中 C5, C6, C7 是自舉電容，為上橋臂功率管驅(qū)動的懸浮電源存儲能量， D14， D15， D16 的作用防止上橋臂導(dǎo)通時的直流電壓母線電壓到 IR2130 的電源上而使器件損壞，因此D1 應(yīng)有足夠的反向耐壓 。且 為了滿足主電路功率管開關(guān)頻率的要求， 其 應(yīng)選快速恢復(fù)二極管。 R22， R24， R25 組成過流檢測電路。 IR2130 的 HIN1～ HINLIN1～ LIN3 作為功率管的輸入驅(qū)動信號與 SPWM 產(chǎn)生電路 連接 。 FAULT 與單片機外部中斷引腳連接，由單片機中斷程序來處理故障。 逆變電路中 D4, D5, D6, D10, D11, D12 為箝位二極管 ,防止柵級電壓過高而損壞功率管。 R4 和 R5 是 IGBT的門極驅(qū)動電阻，一般采用 10 到幾十歐。 IGBT 選用 IRF580. D10VCC1HIN12HIN23HIN34LIN15LIN26LIN37FAULT8ITRIP9CA010CA11VSS12VS013LO314LO215LO116NC17VS318HO319VB320NC21VS222HO223VB224NC25VS126HO127VB128U2IR213010KR9Q6Q115R410KR2020R15D4D1D7+15V20R320R14D1110KR10Q8Q215R6D6D3D920R720R18U VU VP+15V10KR2115R17D5D2D820R520R16D1210KR11Q7Q315R810KR2215R19D1610uFC1610uFC1710uFC18D17 D18FAULT+5VDS3LED1500R29R31NNCAO22113KR4015KR41CAOU WVVB1 VB2 VB3VB2 VB3VB1R28R32WW 圖 26 驅(qū)動電路原理圖 23 濾波輸出及過壓過流缺相檢測與保護 當(dāng)過壓過流和負載缺相時，為避免損壞器件或防止事故范圍擴大，需對系統(tǒng)進行過壓過流保護。本系統(tǒng)利用單片機檢測，一旦發(fā)生過壓過流和缺相，單片機控制繼電器切斷輸入電路從而達到保護。 第 15 頁 共 34 頁 1. 濾波輸出 從 IGBT 輸出的電壓為脈沖序列，若帶阻性負載，需加入低通濾波器將脈沖序列還原成正弦波，如圖 27 所示。電容使用油浸電容，其具有較好的低頻特性。 2mHL12mHL22mHL3U 相V 相W 相470uFC17470uFC17470uFC17NNNA 相負載B 相負載C 相負載 圖 27 濾波電路原理圖 2. 過流檢測 直接采用 IR2130 的電流檢測功能對負載電流進行檢測。原理圖如圖 28(實際是 IR2130內(nèi)部的電流放大器與外部電阻構(gòu)成 )：負載電流為 I時 , CAOV =I，當(dāng) I4A時，單片機拉高 Protect 端口 ,利用繼電器切斷輸入，從而達到過流保護。 12453Current Amp12KR133KR14R21NCAOI 圖 28 過流檢測 3. 電壓與缺相檢測 由于要求輸出 電壓值為穩(wěn)定的 36V，故必須采用閉環(huán)反饋控制。電壓取樣控制可采取母線電壓取樣也可以對輸出進行取樣。另外還需進行缺相檢測，故采用輸出取樣。這樣既能做缺相檢測也可做電壓檢測。原理圖下圖 29： COM3buf in1NC2buf out14DB out7DEN IN6OUT offest4Cav8Vin13Vo9NC12+Vs11Vs10CS51 AD637147+15V15V100K+15V15V+10uF10K24K+33uF24K+22uFAR1OPAMPAR2OPAMP15V+15V15V+15V送 ADT2電壓互感器15KR20NV相1KR17N1 245 3U3OP371KR141KR11T1電壓互感器15KR19NU相1KR16N1 245 3U2OP371KR131KR10T3電壓互感器15KR21N1KR18N1 245 3U4OP371KR151KR12W相Y22Y01Y3Y34VCC16Y15EN6X13VEE7GND8X012B9A10X311X215X114U1CD4052BCSJVCC 5V接至單片機+15V103+10uF15V103+10uF 圖 29 電壓與缺相檢測 第 16 頁 共 34 頁 輸出電壓經(jīng)電壓互感器降壓輸入至 AD637 進行真有效值變換。本系統(tǒng)利用一顆 AD637 和一顆模擬開關(guān) CD4052，采用分時操作分別對三路信號進行采集。采集的信號送 MSP430 單片機的 AD 口。 24 變頻 電源的 控制 1. 變頻電源控制方式的發(fā)展歷程 變頻電源按功率分可分為大功率變頻電源和小功率變頻 電源。變頻電源的 工作頻率 一般 為 0～ 400Hz，它的主電路都采用交 —直 —交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下 四代。以下討論以電機負載為重點。 (1) U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）控制方式 其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負 載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 (2) 電壓空間矢量（ SVPWM）控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入 轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 (3) 矢量控制（ VC）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia、Ib、 Ic、通過 abc/dq 變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 Im It1（ Im1相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流； It1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動