【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 方式產(chǎn)生三相逆變器所需要的6路控制信號(hào)。由于軟件編程的靈活性，幾乎可以是實(shí)現(xiàn)任意的曲線(xiàn)調(diào)制（正弦波、三角波）和任意的相位關(guān)系。圖32為SLE4520的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖 32 SLE4520的內(nèi)部結(jié)構(gòu)SLE4520內(nèi)部集成了一個(gè)震蕩電路，只要在外部接上一定頻率的晶振，就可以得到相應(yīng)的頻率。這個(gè)頻率還可以引給8051單片機(jī)作為時(shí)鐘頻率。片內(nèi)集成有一些可編程分頻器，可以根據(jù)不同的要求對(duì)晶振頻率進(jìn)行分頻。分頻因數(shù)有8級(jí)。在芯片外部設(shè)置了一個(gè)8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口。在其內(nèi)部通向這個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口的有三個(gè)8位寄存器，用來(lái)接收產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制信號(hào)的三個(gè)數(shù)字量。兩個(gè)4位寄存器用來(lái)接收死區(qū)時(shí)間及分頻因數(shù)。一個(gè)地址譯碼鎖存器，對(duì)芯片內(nèi)部各寄存器地址進(jìn)行鎖存譯碼。為了防止從通電到芯片開(kāi)始正常工作這段時(shí)間內(nèi)輸出信號(hào)電平失去控制，造成逆變主回路短路，在輸出處設(shè)置了一個(gè)“禁止”（INHIBIT）信號(hào)。當(dāng)它為高電平時(shí)，6路輸出波均強(qiáng)制定為高電平狀態(tài)，即輸出被閉鎖，6個(gè)開(kāi)關(guān)管均處于關(guān)斷狀態(tài)。SLE4520另外還集成了一個(gè)RS觸發(fā)器，當(dāng)它的SETSTTATUS(S)端置于高電平時(shí)，則禁止輸出；要開(kāi)放輸出，只要在CLEARSTATUS174。端給一個(gè)高電平清楚信號(hào)即可。同時(shí)設(shè)置了一個(gè)狀態(tài)輸出端，可用于顯示單片機(jī)的應(yīng)答，從而可以方便地實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能。 C8051單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)根據(jù)其基本操作處理的位數(shù)可分為8位單片機(jī)機(jī)、16位機(jī)單片機(jī)、和32位單片機(jī)。1971年微處理器研制成功不久，就出現(xiàn)了單片機(jī)。其發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段（1976—1978）：低性能單片機(jī)階段；第二階段（1978—1982）：高性能單片機(jī)階段；第三階段（1982—現(xiàn)在）8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)提出階段。本設(shè)計(jì)采用的是C8051單片機(jī)，它是8位的單片機(jī)。C8051F040單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)芯片上系統(tǒng)模型MCU，具有64個(gè)數(shù)字IO引腳。主要特性如下：高速流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP51內(nèi)核（可達(dá)25MIPS）；控制器局域網(wǎng)（）控制器，具有32個(gè)消息對(duì)象，每個(gè)消息對(duì)象有其自己的標(biāo)識(shí)；全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口；真正12位、100ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開(kāi)關(guān)；允許高壓差分放大器輸入到12位ADC，增益可編程；真正8位5000ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開(kāi)關(guān)；兩個(gè)12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式；64KB可在系統(tǒng)編程的FALSH存儲(chǔ)器；4352字節(jié)的片內(nèi)RAM；可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口；硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBμs/C和兩個(gè)UART串行口；5個(gè)通用16位的定時(shí)器；具有6個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列；片內(nèi)有看門(mén)狗定時(shí)器，VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。和時(shí)鐘振蕩器的C8051F040器件是真正能夠獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)所有的模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶(hù)固件使能/禁止和配置。FALSH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程的能力，可用于易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。每個(gè)MCU都可工作在工業(yè)溫度范圍（）工作，~。端口I/O，RST和JTAG引腳都允許5V的輸入信號(hào)電壓。C8051F040為100腳TQFP封裝。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)通常要包含: xtal1與xtal2之間接有只兩腳晶振。6M或12M晶振+2片30P的瓷片電容。復(fù)位電路:電解電容22u+10K電阻。限定8051/8031時(shí)，必須外擴(kuò)8K程序存儲(chǔ)器：一片2764（或2864），一片地址鎖存：74373；沒(méi)有顯示時(shí)，看不見(jiàn)系統(tǒng)是否運(yùn)行，沒(méi)有按鍵，不能實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。所以要加上顯示；4位LED數(shù)碼管；一片位碼驅(qū)動(dòng)；一片段碼驅(qū)動(dòng)：如74240；鍵盤(pán)：多位按鍵，電路可以與顯示合用。動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)，同時(shí)掃描鍵盤(pán)；顯示或按鍵使用的I/O口可以是P1，P3口。C8051是沒(méi)有ROM的，最小系統(tǒng)Vcc接5V，GND接地。最小系統(tǒng)的電路圖33 如下：圖 33 C8051 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的鍵盤(pán)及顯示電路（一）單片機(jī)的鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)按其結(jié)構(gòu)形式分為編碼式鍵盤(pán)和非編碼式鍵盤(pán)兩大類(lèi)。單片機(jī)系統(tǒng)中普遍使用的非編碼式鍵盤(pán)，非編碼式鍵盤(pán)一般采用行列式結(jié)構(gòu)，并按矩陣形式排列，其識(shí)別閉合鍵通常有兩種方法：一種是行掃描法，另一種是線(xiàn)反轉(zhuǎn)法。本設(shè)計(jì)采用線(xiàn)反轉(zhuǎn)法，線(xiàn)反轉(zhuǎn)法也是識(shí)別閉合鍵的一種常用方法。該方法比行掃描法速度要快，但在硬件電路上要求行線(xiàn)與列線(xiàn)均需要有上位電阻，故比行掃描法稍復(fù)雜些。方法是先向行線(xiàn)送全“0”，讀列線(xiàn)；再向列線(xiàn)送全“0”讀行線(xiàn)。行兩者的讀數(shù)來(lái)確定按下的是那個(gè)鍵。接線(xiàn)圖如下圖34：圖 34 鍵盤(pán)接口電路圖（二）顯示電路a）LED數(shù)碼器結(jié)構(gòu)顯示器是單片機(jī)的輸出器件，種類(lèi)很多，常用的有LED發(fā)光二極管，LED數(shù)碼管，液晶顯示器LCD，陰極射線(xiàn)管CRT等。本設(shè)計(jì)采用的是LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管顯示器是一種由LED發(fā)光二級(jí)管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個(gè)LED發(fā)光二級(jí)管，其中7個(gè)用于顯示字符，一個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)。故稱(chēng)為7段（也有稱(chēng)作8段）發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。結(jié)構(gòu)如圖 35 。圖 35 7段LED數(shù)碼管顯示器LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：一是共陽(yáng)極接法，即把發(fā)光二級(jí)管的陽(yáng)極連接在一起夠成公共陽(yáng)極，使用時(shí)公共陽(yáng)極接+5V，每個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陰極通過(guò)電阻與輸入端相連；二是共陰極接法，即把發(fā)光二級(jí)管的陰極連接在一起夠成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。每個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陽(yáng)極通過(guò)電阻與輸入端相連。b）顯示電路為了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示器提供顯示段碼，組成一個(gè)“8”字形。字符的7段，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段。CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管CD4511是一片CMOS BCD鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列下圖36：圖 36 CD4511引腳其中 DA DB DC DD 為 BCD 碼輸入，DA 為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有段都消隱，正常顯示時(shí)，B1端應(yīng)加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9（1001）時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a到g是7段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓為+5V時(shí)刻使用300歐姆的電阻限流電阻。用CD4511實(shí)現(xiàn)LED與單片機(jī)的并行接口方法如圖37:圖37 顯示電路圖37中為P6口數(shù)據(jù)輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)輸給數(shù)碼管。CD4511的真值表 31 下：表 31 數(shù)碼管顯示真值表輸入輸出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011000011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXX鎖存消隱 IGBT驅(qū)動(dòng)及其電路功率器件的不斷發(fā)展，使得其驅(qū)動(dòng)電路也不斷的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了許多專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)集成電路。IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向和負(fù)向電壓，柵極電壓可由不同的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，必須給予器件關(guān)斷偏執(zhí)的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和點(diǎn)電源的情況。 IGBT 簡(jiǎn)介IGBT采用了MOSFET與GTR的復(fù)合結(jié)構(gòu)，因此被稱(chēng)為絕緣柵雙極型晶體管。IGBT是三端器件，具有柵極G，集電極C和發(fā)射極E。它是個(gè)場(chǎng)控器件，通斷由柵極電壓決定。 大于開(kāi)啟電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。通態(tài)時(shí)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻R減小，使通態(tài)壓降減小。當(dāng)柵極射極間施加反向電壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。一般IGBT的開(kāi)啟電壓在25176。時(shí)為2~6V左右，而實(shí)際一般驅(qū)動(dòng)電壓取15~20V，且關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應(yīng)隨驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。IGBT的等效電路及其電氣符號(hào)如圖38：圖 38 IGBT等效電路及其電氣符號(hào) IGBT驅(qū)動(dòng)IGBT的輸入阻抗高，屬于電壓控制型器件，要求的驅(qū)動(dòng)功率小，與功率MOSFET相似，因此可以使用功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)IGBT進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不過(guò)由于IGBT的輸入電容比MOSFET大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)比MOSFET的關(guān)斷偏壓要高。IGBT的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：（1）IGBT柵極耐壓一般為20V左右，因此驅(qū)動(dòng)電路輸出端應(yīng)設(shè)有柵極過(guò)電壓保護(hù)電路，通常的做法是再柵極并聯(lián)穩(wěn)壓二極管或者電阻。（2）盡管IGBT所需驅(qū)動(dòng)功率很小，但由于MOSFET存在輸入電容 ，開(kāi)關(guān)過(guò)程需要對(duì)電容充放電，因此驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流應(yīng)足夠大。（3）為可靠關(guān)閉IGBT，防止發(fā)生鎖定效應(yīng)，給柵極加一偏壓，因此采用雙電源為驅(qū)動(dòng)電路供電。IGBT的驅(qū)動(dòng)可以使用分立元件組成驅(qū)動(dòng)電路，也可以使用IGBT專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路。由于分立式IGBT驅(qū)動(dòng)電路中分立元件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保護(hù)功能比較完善的分立電路更加復(fù)雜，可靠性和性能都比較差，因此本設(shè)計(jì)采用IGBT 的專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路。IGBT專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路是專(zhuān)用于IGBT集驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等功能于一體的復(fù)合集成電路，主要有三菱公司的M596系列、富士公司的EXB850系列、東芝公司的TLP系列、夏普公司的PCP929等。同一系列中不同型號(hào)集成電路的引腳和接線(xiàn)基本相同，只是使用被驅(qū)動(dòng)器件的容量和開(kāi)關(guān)頻率以及輸入電流幅值等參數(shù)不同。圖 39 為由集成電路TLP250構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)器。TLP250內(nèi)置光電耦合器的隔離電壓可達(dá)2500V，，可以直接驅(qū)動(dòng)50A/1200V以?xún)?nèi)的IGBT。外加推免放大晶體管后，可以驅(qū)動(dòng)電流容量更大的IGBT。由于TLP250構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)器件體積小，價(jià)格便宜，是不帶過(guò)流保護(hù)的IGBT驅(qū)動(dòng)器件中較理想的產(chǎn)品。圖 39 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 IGBT的保護(hù)電路在實(shí)際使用中，由于IGBT的耐過(guò)壓和過(guò)流能力較差，一旦出現(xiàn)意外就會(huì)損壞，為此，必須對(duì)IGBT進(jìn)行相關(guān)的保護(hù)。主要保護(hù)包括過(guò)流、過(guò)壓與過(guò)熱。1. 過(guò)流保護(hù)生產(chǎn)廠家對(duì)IGBT的安全工作區(qū)有嚴(yán)格的限制條件，且IGBT承受的過(guò)電流時(shí)間僅為幾微妙，耐過(guò)流量小，因此使用IGBT要考慮過(guò)流保護(hù)。產(chǎn)生過(guò)流的原因有晶體管、二極管損壞，控制與驅(qū)動(dòng)電路故障、干擾等引起誤動(dòng)，輸出線(xiàn)接錯(cuò)，絕緣損壞等形成短路，輸出端對(duì)地短路及電機(jī)絕緣損壞、逆變橋的橋臂短路等。1）驅(qū)動(dòng)電路無(wú)保護(hù)功能。這種情況在主電路中要設(shè)置過(guò)電流檢測(cè)器件。本文采用的是經(jīng)電流互感器TA串接于主回路的每個(gè)IGBT上，其直接反應(yīng)每個(gè)IGBT的電流，測(cè)量精度高。過(guò)電流檢測(cè)出的電流信號(hào)，經(jīng)光耦合管向控制電路輸出封鎖信號(hào)，從而關(guān)斷IGBT的觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。2）驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)有保護(hù)電路。采用IGBT及與之相配套的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)混合電路保護(hù)模塊設(shè)計(jì)變頻器，短路時(shí)的過(guò)電流保護(hù)按模擬直通短路條件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，從而在器件未關(guān)斷之前將其關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的保護(hù)。2. 過(guò)電壓保護(hù)IGBT在由導(dǎo)通狀態(tài)關(guān)斷時(shí)，電流Ic突然減小，由于電路中的雜散電感與負(fù)載電感的作用，將IGBT的C、E兩端產(chǎn)生很高的浪涌尖峰電壓，而IGBT的耐壓能力較差，使IGBT擊穿。因此，其過(guò)壓保護(hù)也十分重要。1）盡可能減小電路中的雜散電感。對(duì)模塊設(shè)計(jì)制造者要求優(yōu)化模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減小寄生電感；對(duì)使用者要求優(yōu)化主電路結(jié)構(gòu)，減小雜散