【導(dǎo)讀】本文在給出直流電機(jī)調(diào)整和PWM實。徑，在給出直流電機(jī)調(diào)整的實現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，提供一種用單片機(jī)軟件實現(xiàn)調(diào)速的方法。

　　

【正文】 塊為 MOSFET結(jié)構(gòu)， IGBT的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達(dá)到 20～ 30V。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是 IGBT失效的常見原因之一。因此使用中要注意以下幾點： 在使用模塊時，盡量不要用手觸摸驅(qū)動端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸； 在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動端子時，在配線未接好之前請先不要接上模塊； 盡量在底板良好接地的情況下操作。 在應(yīng)用中有時雖然保證了柵極驅(qū)動電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來傳送驅(qū)動信號，以減少寄生電感。在 柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。 此外，在柵極 — 發(fā)射極間開路時，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于集電極有漏電流流過，柵極電位升高，集電極則有電流流過。這時，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使 IGBT 發(fā)熱及至損壞。 在使用 IGBT 的場合，當(dāng)柵極回路不正?；驏艠O回路損壞時 (柵極處于開路狀態(tài) )，若在主回路上加上電壓，則 IGBT 就會損壞，為防止此類故障，應(yīng)在柵極與發(fā)射極之間串接一只 10KΩ 左右的電阻。 在安裝或更換 IGBT 模塊時，應(yīng)十分重視 IGBT 模塊與散熱片的 接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與 IGBT 模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計 20 底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時將導(dǎo)致 IGBT 模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查，一般在散熱片上靠近 IGBT 模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器，當(dāng)溫度過高時將報警或停止 IGBT 模塊工作。 （ 5） 保管時的注意事項 一般保存 IGBT 模塊的場所，應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài)，不應(yīng)偏離太大。常溫的規(guī)定為 5～ 35℃ ，常濕的規(guī)定在 45～ 75％左右。在冬天特別干燥的地區(qū)，需用加濕機(jī)加濕 。 盡量遠(yuǎn)離有腐蝕性 氣體或灰塵較多的場合； 在溫度發(fā)生急劇變化的場所 IGBT 模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象，因此 IGBT 模塊應(yīng)放在溫度變化較小的地方； 保管時，須注意不要在 IGBT 模塊上堆放重物； 裝 IGBT 模塊的容器，應(yīng)選用不帶靜電的容器。 IGBT 模塊由于具有多種優(yōu)良的特性，使它得到了快速的發(fā)展和普及，已應(yīng)用到電力電子的各方各面。因此熟悉 IGBT 模塊性能，了解選擇及使用時的注意事項對實際中的應(yīng)用是十分必要的。 EXB841 控制的 IGBT 多絕緣柵雙極型晶體管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一種由雙極型晶體管與 MOSFET 組合的器件，它既具有 MOSFET 的柵極電壓控制快速開關(guān)特性，又具有雙極型晶體管大電流處理能力和低飽和壓降的特點，近年來在各種電能變換裝置中得到了廣泛應(yīng)用。但是， IGBT 的門極驅(qū)動電路影響 IGBT 的通態(tài)壓降、開關(guān)時間、快開關(guān)損耗、承受短路電流能力及 du/dt 等參數(shù)，并決定了 IGBT 靜態(tài)與動態(tài)特性。因此設(shè)計高性能的驅(qū)動 與保護(hù)電路是安全使用 IGBT 的關(guān)鍵技術(shù)。 1 IGBT 對驅(qū)動電路的要求 （ 1）觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度，即脈沖前后沿要陡峭； （ 2）柵極串連電阻 Rg 要恰當(dāng)。 Rg過小，關(guān)斷時間過短，關(guān)斷時產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過高； Rg 過大，器件的開關(guān)速度降低，開關(guān)損耗增大； （ 3）柵射電壓要適當(dāng)。增大柵射正偏壓對減小開通損耗和導(dǎo)通損耗有利，但也會使管子承受短路電流的時間變短，續(xù)流二極管反向恢復(fù)過電壓增大。因此，正偏壓要適當(dāng)，通常為 +15V。為了保證在 CE間出現(xiàn) dv/dt 噪聲時可靠關(guān)斷，關(guān)斷時必 須在柵極施加負(fù)偏壓，以防止受到干擾時誤開通和加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗，幅值一般為 （ 5～ 10） V； （ 4）當(dāng) IGBT 處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時，能在 IGBT 允許時間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流，實現(xiàn) IGBT 的軟關(guān)斷。驅(qū)動電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸入信號的消失而受到影響。 當(dāng)然驅(qū)動電路還要注意像防止門極過壓等其他一些問題。日本 FUJI 公司的 EXB841 芯片 具有單電源、正負(fù)偏壓、 過流檢測 、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性，是一種比較典型的驅(qū)動電路。其功能比較完善，在國內(nèi)外得到了廣泛。 2 驅(qū)動芯片 EXB841 的控制原理 圖 44為 EXB841 的驅(qū)動原理。其主要有三個工作過程：正常開通過程、正常關(guān)斷過程和過流保護(hù)動作過程。 14 和 15兩腳間外加 PWM 控制信號，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號施加于 14 和15 引腳時，在 GE 兩端產(chǎn)生約 16V 的 IGBT 開 通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時，在 GE兩端江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 產(chǎn)生 的 IGBT 關(guān)斷電壓。過流保護(hù)動作過程是根據(jù) IGBT 的 CE極間電壓 Uce 的大小判定是否過流而進(jìn)行保護(hù)的， Uce 由二極管 Vd7 檢測。當(dāng) IGBT 開通時，若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障， Uce 會上升很多，使得 Vd7 截止， EXB841 的 6 腳“懸空”， B點和 C 點電位開始由約 6V 上升，當(dāng)上升至 13V 時， Vz1 被擊穿， V3導(dǎo)通， C4 通過 R7和 V3 放電， E點的電壓逐漸下降， V6 導(dǎo)通，從而使 IGBT 的 GE 間電壓 Uce 下降，實現(xiàn)軟關(guān)斷，完成 EXB841對 IGBT 的保護(hù)。射極 電位為 ，由 EXB841 內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管 Vz2 決定。 44 EXB841的工作原理 45 EXB841內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計 22 6151459132E X B 84 1Z D 215VZ D 15VDH A 34 10I G B T NT L P 52R1R3R2RsR5C2C174 L S 08P W M 46 EXB841內(nèi)部電路原理圖 8255 芯片及功能圖 8255 是可編程的并行 I/O接口芯片，它具有 3個 8位的并行 I/O 口，三種工作方式，可通過編程改變其功能，因而使用方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。 8255 的引腳圖如圖 47所示。 引腳說明 由圖可知， 8255 共有 40個引腳，各引腳功能如下： D0— D7： 三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連，用來傳遞數(shù)據(jù)信息。 CS/： 片選信號線，低電平有效，表示芯片被選中。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 23 D034D133D232D331D430D529D628D727P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710RD5WR36A09A18R E S E T35CS68255 47 8255引腳圖 RD/： 讀出信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的讀出。 WR/： 寫入信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫入。 Vcc： +5V 電源。 PA7— PA0： A口輸入 /輸出線。 PB7— PB0： B口輸入 /輸出線。 PC7— PC0： C口輸入 /輸出線。 RESET： 復(fù)位信號線。 A1— A0： 地址線，用來選擇 8255 內(nèi)部端口。 本次設(shè)計用到 8255 的工作方式 0，且 A 口作為輸入， B口， C口作為輸出。 8255 地址口的選定： 片選 CS/，地址選擇端 A1， A0。分別接 , 其它地址線全懸空。顯然只要保證 為低電平時，選中該 8255，若 , 再為“ 00”選中 8255 的 A口，同理 , 為“ 01”，“ 10”，“ 11”分別選中 B口， C口及控制口。若地址用 16位表示，其他無用端全選為 1，則 8255 的 A， B， C 及控制口地址可為 FF7CH，F(xiàn)F7DH， FF7FH，如果無用位為“ 0”，則 4個地址為 0000H， 0001H， 0002H， 0003H，只要保證 CS/， A1， A0 的狀態(tài)，無用位設(shè)為“ 0”，或“ 1”無關(guān)。掌握了確定地址的方法，地址便可以靈活的選出了 。 ADC0809 芯片及功能圖 ADC0809 是一種逐次逼近式 8路模擬輸入， 8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。其引腳如圖 48所示。 基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計 24 由引腳可見， ADC0809 共有 28個引腳，采用雙插直列示封裝，其引腳主要功能如下： 1） IN0— IN7 是 8路模擬信號輸入端。 圖 48 ADC0809 引腳圖 2） D0— D7 是 8位數(shù)字量輸出端。 3） A， B， C 與 ALE 控制 8 路模擬通道 的切換， A， B， C 分別與三根地址線或數(shù)據(jù)線相連，三者編碼對應(yīng) 8 個通道地址口。 C， B， A（ 000— 111）分別對應(yīng) IN0— IN7 通道地址。 ADC0809 雖然有 8路模擬通道可以同時輸入 8 路模擬信號，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。 4） OE， START， CLK 為控制信號端， OE為輸出允許端， START 為啟動信號輸入端， CLK為時鐘信號輸入端。 5） VR（ +）和 VR（ ）為參考電壓輸入端。 ADC0809 內(nèi)部功能圖 : 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 25 49 ADC0809內(nèi)部功能圖 ADC0809 與 MCS51 的連接 圖 ： 410 ADC0809與 MCS51的連接 圖 DAC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的介紹 P0 ALE 80C51 1INT WR RD 74LS373 247。 2 CLK 0D 7D EOC ST ALE OE + —— A B C V? V? A0 A7??A0 A7?? +5V + GND IN0 IN7 ADC0809 基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計 26 DAC0832 是雙列直插式 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量 (電流 )輸出的轉(zhuǎn)換。圖 411 和圖 412 分別為 DAC0832 的引腳圖和 DAC0832 外接電路 。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時間為 1μs ，滿量程誤差為 177。1LSB ，參考電壓為 (+10～ 10)V，供電電源為 (+5～ +15)V，邏輯電平輸入與 TTL 兼容。從圖 411 中可見，在 DAC0832 中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為 ILE，第二級鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信 號也稱為通道控制信號 /XFER。 411 DAC0832引腳圖 圖 411中，當(dāng) ILE 為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1為低電平時，輸入寄存器控制信號為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng) /WR1由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化。 對第二級鎖存來說，傳送控制信號 /XFER 和寫信號 /WR2同時為低電平時，二級鎖存控制信號為高電平， 8位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) /WR2由低電平變高時，控制信號變?yōu)榈碗娖剑谑菍⑤斎爰拇嫫鞯男畔㈡i存到 DAC 寄存器中。 圖 411中其余各引腳的功能定義如下： (1)、 DI7～ DI0 ： 8位的數(shù)據(jù)輸入端， DI7為最高位。 (2)、 IOUT1 ：模擬電流輸出端 1，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1時，輸出電流最大，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0時，輸出電流為 0。 (3)、 IOUT2 ：模擬 電流輸出端 2， IOUT2與 IOUT1的和為一個常數(shù)，即 IOUT1＋ IOUT2＝常數(shù)。 (4)、 RFB ：反饋電阻引出端， DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB 端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。 (5)、 VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負(fù)電壓，它決定 0至 255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF 范圍為 (+10～