【文章內容簡介】 M有故障時。與非門輸出為高電平。3態(tài)收發(fā)器所有輸出置為高阻態(tài)。封鎖各個IPM的控制信號．關斷IPM．實現(xiàn)保護。2. 軟件IPM有故障時．FO輸出低電平,FO信號通過高速光耦送到控制器進行處理。處理器確認后。利用中斷或軟件關斷IPM的PWM控制信號．從而達到保護目的。如在基于DSP控制的系統(tǒng)中．利用事件管理器中功率驅動保護引腳(PDPINT)中斷實現(xiàn)對IPM的保護。通常1個事件管理器嚴生的多路PWM可控制多個IPM工作．其中每個開關管均可輸出FO信號,每個開關管的FO信號通過與門．當任一開關管有故障時輸出低電平,與門輸出低電平．將該引腳連至PDPINT,由于PDPINT為低電平時DSP中斷,所有的事件管理器輸出引腳均被硬件設置為高阻態(tài),從而達到保護目的。以上2種方案均利用IPM故障輸出信號封鎖IPM的控制信號通道．因而彌補了IPM自身保護的不足,有效地保護了器件。 IPM的緩沖電路設計在IPM應用中,由于高頻開關過程和功率回路寄生電感等疊加產生的di／dt、dv／dt和瞬時功耗會對器件產生較大的沖擊,易損壞器件．因此需設置緩沖電路(即吸收電路),目的是改變器件的開關軌跡,控制各種瞬態(tài)過壓,降低器件開關損耗．保護器件安全運行。圖16為常用的3種IPM緩沖電路。圖16(a)為單只無感電容器構成的緩沖電路,對瞬變電壓有效且成本低,適用于小功率IPM。圖16(b)為RCD構成的緩沖電路,適用于較大功率IPM．緩沖二極管D可箝住瞬變電壓,從而抑制由于母線寄生電感可能引起的寄生振蕩。其RC時間常數應設計為開關周期的1／3,即r=T／3=1／3f。圖16(c)為P型RCD和N型RCD構成的緩沖電路,適用于大功率IPM。功能類似于圖16(b)所示的緩沖電路,其回路電感更小。若同時配合使用圖16(a)所示的緩沖電路。還能減小緩沖二極管的應力,緩沖效果更好。 常用的IMP緩沖電路,當IGBT關斷時．負載電流經緩沖二極管向緩沖電容器充電,同時集電極電流逐漸減少,由于電容器二端的電壓不能突變．所以有效地限制了IGBT集電極電壓上升率dv／dt。也避免了集電極電壓和集電極電流同時達到最大值。IGBT集電極母線電感、電路及其元件內部的雜散電感在IGBT開通時儲存的能量,這時儲存在緩沖電容器中。當IGBT開通時,集電極母線電感以及其他雜散電感又有效地限制了IGBT集電極電流上升率di／dt．同樣也避免了集電極電壓和集電極電流同時達到最大值。此時,緩沖電容器通過外接電阻器和IGBT開關放電,其儲存的開關能量也隨之在外接電阻器和電路、元件內部的電阻器上耗散。如此,便將IGBT運行時產生的開關損耗轉移到緩沖電路．最后在相關電阻器上以熱的形式耗散,從而保護IGBT安全運行。：如PM200DSA060的電容值為0．221xF0．47xF,耐壓值是IGBT的1．1倍1．5倍,電阻值為10—20,電阻功率按P=fCU2xlO6計算,其中f為IGBT工作頻率,u為IGBT的工作峰值電壓。C為緩沖電路與電阻器串聯(lián)電容。二極管選用快恢復二極管。為了保證緩沖電路的可靠性,可以根據功率大小選擇封裝好的圖16所示的緩沖電路。另外,由于母線電感、緩沖電路及其元件內部的雜散電感對IPM尤其是大功率IPM有極大的影響,因此愈小愈好。要減小這些電感需從多方面人手：直流母線要盡量地短。緩沖電路要盡可能地靠近模塊。選用低電感的聚丙烯無極電容器、與IPM相匹配的快速緩沖二極管及無感泄放電阻器。 IPM在單相全橋逆變器中的應用圖17所示的單相全橋逆變電路主要由逆變電路和控制電路組成。逆變電路包括逆變全橋和濾波電路,其中逆變全橋完成直流到交流的變換．濾波電路濾除諧波成分以獲得需要的交流電?？刂齐娐吠瓿蓪δ孀儤蛑虚_關管的控制并實現(xiàn)部分保護功能。 單相全橋逆變電路圖中的逆變全橋由4個開關管和4個續(xù)流二極管組成,工作時開關管在高頻條件下通斷．開關瞬間開關管電壓和電流變大,損耗大,結溫升高,加上功率回路寄生電感、振蕩及噪聲等．極易導致開關管瞬間損壞,以往常用分立元件設計開關管的保護電路和驅動電路,導致電路龐大且不可靠。筆者采用一對PM200DSA060雙單元IPM模塊分別代替圖中Vl、DVD2組合和VDvD4組合構成全橋逆變電路,利用DSP對IPM的控制,完成了中頻率20kW、230V逆變器的設計和調試,采用了如上所述的驅動電路、中的緩沖電路和基于DSP控制的軟件IPM保護電路。設計實踐表明：使用IPM可簡化系統(tǒng)硬件電路、縮短系統(tǒng)開發(fā)時間、提高可靠性、縮小體積,提高保護能力。位置檢測電路的位置檢測電路是執(zhí)行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。關鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。 電壓及電流檢測檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。 IPM輸出電流和電壓檢測IPM的主要特點：IPM是將主開關器件、續(xù)流二極管、驅動電路、過電流保護電路、過熱保護電路和短路保護電路以及驅動電源不足保護電路、接口電路等集成在同一封裝內，形成的高度集成的智能功率集成電路。它的主要特點體現(xiàn)在控制功能、保護功能和接口功能方面。 (1)驅動電路：在IPM內部設置了高性能的驅動電路，具有出現(xiàn)故障后自動軟關斷IGBT的功能，同時，由于結構緊湊，驅動電路與IGBT之間距離極短，抗干擾能力強，輸出阻抗又很低，不需要加反偏壓，簡化了驅動電路電源，僅需提供1組下橋臂的公共電源和3組上橋臂的獨立“浮地”電源。 (2)欠電壓保護每個驅動電路都具有欠電壓(W)保護功能。無論什么原因，只要驅動電路電源電壓認c低于欠電壓閡值yuv時間超過10ms，IPM就會關斷，同時輸出一個故障報警信號。 (3)過熱保護：UM內部絕緣基板上設有溫度傳感器，當溫度超過過熱斷開闊值時，IPM內部的保護電路就會阻止門極驅動信號，不接受控制輸入信號，直至過熱現(xiàn)象消失，保護器件不受損壞，同時輸出過熱故障信號。當溫度下降到過熱復位網值時，電路自動恢復正常工作。 (4)過電流、短路保護：IPM中的IGBT電流傳感器是射極分流式，采樣電阻上流過的電流很小，但與流過開關器件上的電流成正比例關系，從而取代了大功率電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器等電流檢測組件。如果UM中任意一IGBT的C極電流大于過電流動作電流時間超過10LLs時，UM將軟關斷，并且輸出過電流報警信號。 (5)制動電路:IPM中設有IGBT組成的制動電路。當UM接收到制動信號后，通，接在制動端BN的制動電阻吸收電能，制動電路工作。 (6)使用方便制動電路中的IGBT導UM采用陶瓷絕緣結構，直接安裝在散熱板上；直流輸入(P、N)、制動單元輸出(B)和變頻輸出端子直接用螺釘連接；輸入、輸出控制端子并排成一列，可用通用插座連接。所以主接線端子和控制端子都可直接拆卸，不需烙鐵焊接，非常方便。 通訊接口為了實現(xiàn)計算機聯(lián)網和遠程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內部有兩個完全相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機與其它微機間的通訊。MAX232簡介：使MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標準串口設計的單電源電平轉換芯片,用+5v單電源供電。 MAX232芯片結構引腳介紹：第一部分是電荷泵電路:由6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。 第二部分是數據轉換通道:由11114腳構成兩個數據通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數據通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數據通道。 TTL/CMOS數據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS232數據從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電:15腳GND、16腳VCC（+5v）。 主要特點：符合所有的RS232C技術標準。 只需要單一 +5V電源供電。 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生+10V和10V電壓V+、V。功耗低，典型供電電流5mA。 內部集成2個RS232C驅動器。 內部集成兩個RS232C接收器。 時鐘電路時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數據。采用DS12887芯片設計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)中。采用DS12887芯片設計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)中。 DS12887主要功能簡介（1）內含一個鋰電池，斷電后運行十年以上不丟失數據。 （2）計秒，分，時，天，星期，日，月，年，并有閏年補嘗功能。 （3）二進制數碼或BCD碼表示時間，日歷和定鬧。 （4）12小時或24小時制，12小時時鐘模式帶有PM和AM指示，有夏令時功能。 （5）Motorola和Intel總線時序選擇。 （6）有128個字節(jié)RAM單元與軟件接口，其中14個字節(jié)作為時鐘和控制寄存器，114字節(jié)為通用RAM，所有RAM單元數據都具有掉電保護功能。 （7）可編程方波信號輸出。 （8）中斷信號輸出（IRQ）和總線兼容，定鬧中斷，周期性中斷、時鐘更新周期結束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進行測試。 原理及引腳說明 DS12887內部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14字節(jié)時鐘和控制單元，114字節(jié)用戶非易失RAM，十進制/二進制累加器，總線接口電路，電源開關寫保護單元和內部鋰電池等部分組成。DS12887引腳分配： Vcc：直流電源+5V電壓。當5V電壓在正常范圍內時，數據可讀寫；,讀寫被禁止，計時功能仍繼續(xù)；當Vcc下降到3V以下時，RAM和計時器供電被切換到內部鋰電池。 MOT（模式選擇）：MOT引腳接到Vcc時， target=_blank title=MOTOROLA貨源和PDF資料MOTOROLA時序，當接到GND時，選擇Intel時序。 SQW（方波信號輸出）：SQW引腳能從實時鐘內部15級分頻器的13個抽頭中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器A編程改變。 AD0AD7（雙向地址/數據復用線）：總線接口，可與Motorola微機系列和Intel微機系列接口。 AS（地址選通輸入）：用于實現(xiàn)信號分離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。 DS（數據選通或讀輸入）：DS/RD引腳有兩種操作模式，取決于MOT引腳的電平，當使用Motorola時序時，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數據選通；在讀周期，DS指示DS12887驅動雙向總線的時刻；在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數據。選擇Intel時序時，DS稱作（RD），RD與典型存貯器的允許信號（OE）的定義相同。 R/W（讀/寫輸入）：R/W引腳也有兩種操作模式。選Motorola時序時，R/W是低電平信號時，指示當前周期是讀或寫周期，DS為高電平時，R/W高電