【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可采用不可控整流二極管成的橋式全波整流，再經(jīng)大容量電解電容C，構(gòu)成的濾波環(huán)節(jié)進(jìn)行濾波，為逆變器提供恒定的直流電壓。中間電容C的作用主要有兩點(diǎn)：（1） 消除二極管整流器的輸出電壓的波紋，盡量保持直流電壓的輸出的恒定波形；（2）電機(jī)屬于感性負(fù)載，故中間直流環(huán)節(jié)總和電機(jī)之間存在能量轉(zhuǎn)換，而逆變器的電力電子器件無(wú)法儲(chǔ)能，因此電容的另一個(gè)作用就是作為儲(chǔ)能元件實(shí)現(xiàn)能量的緩沖。限流電路及安全保護(hù)電路當(dāng)變頻器通電時(shí)瞬時(shí)沖擊電流較大，為了保護(hù)電路元件并減小通電瞬間電路對(duì)電網(wǎng)的沖擊，在電路中加入了限流電阻，通過(guò)限流電阻（即圖中的充電電阻）減小通電瞬間電流對(duì)元件的沖擊，并通過(guò)延時(shí)控制，在通電一段時(shí)間后觸發(fā)繼電器，切除限流電阻，這樣既不影響電路正常工作時(shí)的電路整體性能，又可提高電路的啟動(dòng)瞬時(shí)性能。當(dāng)電路不工作時(shí)由于電容C上有大量的電荷所以電容上的電壓很高，對(duì)人的安全造成一定的威脅，所以在電路不工作的時(shí)候?qū)⒎烹婋娮杞尤腚娐分信浜侠^電器對(duì)電容C進(jìn)行放電[13]。能耗制動(dòng)電路當(dāng)能耗制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，在濾波電容上會(huì)有短時(shí)間大量電荷堆積，這就是所謂的“泵生電壓”，使得直流電壓升高。過(guò)高的直流電壓將會(huì)使各部分器件受到損害。因此，當(dāng)直流電壓達(dá)到的一定值，就要求提供一條放電回路——即能耗制動(dòng)電路，將再生的電能消耗掉。逆變電路。逆變電路的功能是在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下把直流電變換到幅值恒定、頻率可調(diào)的三相交流電，由功率器件和驅(qū)動(dòng)電路組成。功率器件用于逆變器的常見(jiàn)功率器件有如下幾種：（1） 大功率晶體管（BJT或GTR）電流控制型器件，優(yōu)點(diǎn)是擊穿電壓和集電極最大飽和電流都較大，缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率較低，最高為2KHz左右。因而以BJT為逆變器件的載波頻率也較低，電動(dòng)機(jī)有較大的電磁噪聲。另外控制電路的驅(qū)動(dòng)功率也較大[14]。（2） 功率效應(yīng)管漏極電流的大小受控制級(jí)與源級(jí)間的電壓控制，屬電壓控制性器件，開(kāi)關(guān)頻率較高，最高答20KHz以上。因此，以MOSFET為逆變器件的變頻器載波頻率也較高，電動(dòng)機(jī)基本無(wú)電磁噪聲。此外，控制電路所需的驅(qū)動(dòng)功率極小。但迄今為止，其擊穿電壓和漏極最大飽和電流都較小，難以滿(mǎn)足多數(shù)變頻器的要求。（3） 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）IGBT是MOSFET和BJT結(jié)合的產(chǎn)物，主體部分與晶體管相同，但驅(qū)動(dòng)部分卻和場(chǎng)效應(yīng)管相同。電壓控制型功率器件。主要優(yōu)點(diǎn)是擊穿電壓和集電極飽和電流也較大。由IGBT模塊作為逆變器的變頻器容量已達(dá)250KVA以上。而且開(kāi)關(guān)頻率也可達(dá)20KHz，電機(jī)的電流波形比價(jià)平滑，基本無(wú)電磁噪聲。目前絕大部分中、小容量變頻器的逆變模塊都在用IGBT管。其驅(qū)動(dòng)電路也都已模塊化[15]。（4） 智能功率模塊（IPM）智能功率模塊是把與逆變管配套的驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路與保護(hù)電路以及某些接口電路等和功率模塊集成到一起的集成功率模塊。本系統(tǒng)是中、小型系統(tǒng)采用IGBT作為逆變?cè)GBT的等效電路及開(kāi)關(guān)特性見(jiàn)圖33。圖33 IGBT等效電路及開(kāi)關(guān)特性[16]驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的作用是：（1） 實(shí)現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動(dòng)IGBT柵極的電隔離；（2） 提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖。實(shí)現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器、微分變壓器及光電耦合器。驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖34所示。輸入部分為雙路PWM及對(duì)應(yīng)控制電源信號(hào)，經(jīng)獨(dú)立或互鎖設(shè)定單元確定電路工作模式，可設(shè)定為普通全橋模式或無(wú)死區(qū)控制全橋模式。普通全橋應(yīng)用時(shí)，上下兩管信號(hào)互鎖，用戶(hù)可以設(shè)置死區(qū)時(shí)間，確保不直通。無(wú)死區(qū)全橋模式應(yīng)用時(shí)，上下兩管可以同時(shí)導(dǎo)通，因此可用于電流型全橋電路的驅(qū)動(dòng)。通過(guò)DC/DC輔助開(kāi)關(guān)電源，可得到四路相互獨(dú)立的24V電壓輸出，于四片驅(qū)動(dòng)芯片的供電。與傳統(tǒng)的四路變壓器隔離供電相比，減小了體積，節(jié)省了成本，且使用更加方便，當(dāng)主控板電源電壓為15V供電時(shí)，可與之使用同一電源。驅(qū)動(dòng)單元輸出四路隔離驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)IGBT，同時(shí)對(duì)IGBT起保護(hù)作用。當(dāng)IGBT的電流過(guò)大，集電極對(duì)發(fā)射極的電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)內(nèi)部的保護(hù)機(jī)制。因?yàn)楦鞣N尖峰干擾的存在，為避免頻繁的保護(hù)影響開(kāi)關(guān)電源的正常工作，設(shè)立盲區(qū)是很有必要的；當(dāng)過(guò)流信號(hào)時(shí)間大于設(shè)定的盲區(qū)時(shí)間時(shí)，開(kāi)始軟關(guān)斷。軟關(guān)斷開(kāi)始后，驅(qū)動(dòng)器封鎖輸入PWM信號(hào)，即使PWM信號(hào)變成低電平，也不會(huì)立即將輸出拉到正常的負(fù)電平，而要將軟關(guān)斷過(guò)程進(jìn)行到底。軟關(guān)斷開(kāi)始后經(jīng)過(guò)短暫延遲，驅(qū)動(dòng)板經(jīng)光耦隔離輸出互補(bǔ)的故障報(bào)警信號(hào)，由主控板處理。IGBT的短路保護(hù)動(dòng)作閾值、保護(hù)盲區(qū)時(shí)間、軟關(guān)斷時(shí)間等參數(shù)可通過(guò)用戶(hù)保護(hù)參數(shù)設(shè)置單元靈活設(shè)置，也可以使用默認(rèn)值[17]。圖34 驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖圖35 應(yīng)用連接圖 控制回路設(shè)計(jì)控制電路控制電路由DSP控制板及其外圍電路組成，主要完成信號(hào)檢測(cè)、控制算法實(shí)現(xiàn)、逆變器PWM波形輸出等功能。所有復(fù)雜的控制算法和控制策略都是通過(guò)TMS320F2407A控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，涉及到DSP的大部分集成外設(shè)，如：事件管理器EV、串行通訊接口SCI、串行外設(shè)接口SPI、PWM發(fā)生模塊等。 DSP控制板(1) DSP芯片概述數(shù)字信號(hào)處理是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興科學(xué)。20世紀(jì)60年代至今，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到了迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮識(shí)別等處理以得到符合人們需要的數(shù)字形式。圖36所示的是一個(gè)典型的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)框圖。圖36 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)框圖圖36中，輸入信號(hào)可以是語(yǔ)音信號(hào)、傳真信號(hào)，也可以是視頻信號(hào)，還可以是傳感器（如溫度傳感器）的輸出信號(hào)。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)帶限濾波后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少是輸入帶限信號(hào)最高頻率的2倍，在實(shí)際應(yīng)用中一般為4倍以上。數(shù)字信號(hào)處理一般是用DSP芯片和在其上運(yùn)行的實(shí)時(shí)處理軟件對(duì)輸入數(shù)字信號(hào)按照一定的算法進(jìn)行處理，然后將處理后的信號(hào)輸出給D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、內(nèi)插和平滑濾波后得到連續(xù)的模擬信號(hào)[18]。DSP是指用于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的可編程微處理器，人們常用DSP一詞來(lái)指通用數(shù)字信號(hào)處理器。(2) DSP芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 改進(jìn)的哈弗結(jié)構(gòu) 多總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 流水線(xiàn)技術(shù) 多處理單元 特殊的DSP指令 指令周期短 運(yùn)算精度高 豐富的外設(shè) 功耗低DSP特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的信息處理能力、及較高的運(yùn)行速度，是DSP最重要的特點(diǎn)。DSP是高性能系統(tǒng)的核心，它接收模擬信號(hào)（如光和聲），將它們轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，實(shí)時(shí)地對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字技術(shù)處理。這種實(shí)時(shí)能力使DSP在聲音處理、圖像處理等不允許時(shí)間延遲的領(lǐng)域的應(yīng)用十分理想，成為全球70%數(shù)字電話(huà)的“心臟”，同時(shí)DSP在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。DSP芯片的發(fā)展歷程在DSP芯片出現(xiàn)之前，數(shù)字信號(hào)處理只能依靠通用微處理器（MPU）完成，但MPU較低的處理速度卻無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)高速實(shí)時(shí)的要求。直到20世紀(jì)70年代，才有人提出了DSP理論和算法基礎(chǔ)。那時(shí)的DSP僅僅停留在教科書(shū)上，即便是研制出來(lái)的DSP系統(tǒng)也是用分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅限于軍事、航空航天部門(mén)。世界上第一片單片DSP芯片是1978年AMI公司宣布的S2811，在這之后，最成功的DSP芯片當(dāng)數(shù)TI公司1982年推出的DSP芯片。這種DSP器件采用微米工藝、NMOS技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運(yùn)算速度卻比MPU快幾十倍，尤其在語(yǔ)音合成，編解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP芯片的問(wèn)世，使DSP應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步至20世紀(jì)80年代中期，隨著CMOS技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP應(yīng)運(yùn)而生，其運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量都得到了成倍的提高，成為語(yǔ)音處理和圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年達(dá)后期，第三代DSP芯片問(wèn)世，運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP。第五代產(chǎn)品與第四代產(chǎn)品相比，系統(tǒng)集成度更高，將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上，這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域大顯身手，而且逐漸滲透生活的各個(gè)方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定性因素。目前對(duì)DSP爆炸性需求的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，前景十分廣闊?，F(xiàn)在世界上的DSP芯片有300多種，生產(chǎn)DSP的公司有80多家，主要廠家有TI公司、AD公司、Lucent公司、Motorola公司和LSI Logic公司。TI公司作為DSP生產(chǎn)商的代表，生產(chǎn)的品種很多，大約占市場(chǎng)份額的60%[19]。（3） DSP芯片的應(yīng)用DSP芯片的應(yīng)用幾乎已遍及電子與信息的每一個(gè)領(lǐng)域，常見(jiàn)的典型應(yīng)用如下： 通用數(shù)字信號(hào)處理：數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)、FFT、希爾伯特變換、自適應(yīng)濾波、窗函數(shù)和譜分析等。 語(yǔ)音識(shí)別與處理：語(yǔ)音識(shí)別、合成、矢量編碼、語(yǔ)音鑒別和語(yǔ)音信箱等。 圖紙/圖像處理：二維/三維圖形變換處理、模式識(shí)別、圖像鑒別、圖像增強(qiáng)、動(dòng)畫(huà)、電子地圖和機(jī)器人視覺(jué)等。 儀器儀表：暫態(tài)分析、函數(shù)發(fā)生、波形產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采集、石油/地質(zhì)勘探，地震預(yù)測(cè)與處理等。 自動(dòng)控制：磁盤(pán)/光盤(pán)伺服控制、機(jī)器人控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制和引擎控制等。 醫(yī)學(xué)工程：助聽(tīng)器、X射線(xiàn)掃描、心電圖/腦電圖、病員監(jiān)護(hù)和超聲設(shè)備等。 家用電器：數(shù)字電視、高清晰度電視（HDTV）、高保真音箱、電子玩具、數(shù)字電話(huà)等。 通信：糾錯(cuò)/譯碼、自適應(yīng)均衡、回波抵消、同步、分散接收、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)軟件無(wú)線(xiàn)電和擴(kuò)頻通信等。 計(jì)算機(jī)：陣列處理器、圖形加速器、工作站和多媒體計(jì)算機(jī)等。 軍事：雷達(dá)與聲納信號(hào)處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制造、保密通信、全球定位、電子對(duì)抗、情報(bào)收集與處理等。利用DSP來(lái)控制各類(lèi)電機(jī)，不僅能方便的實(shí)現(xiàn)控制電路，并且能完成各種復(fù)雜的、高性能的控制策略。微處理器通過(guò)控制電機(jī)的電壓、電