【導(dǎo)讀】變頻器是從上世紀(jì)中葉發(fā)展起來的一種交流調(diào)速設(shè)備。它是為了解決傳統(tǒng)的。的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的。由于其使交流電機(jī)的調(diào)速范圍和調(diào)速性能均大為提升，因此交?，F(xiàn)的伺服控制領(lǐng)域。隨著電力半導(dǎo)體長足發(fā)展，變頻器也隨之不斷進(jìn)步。器已深入我們的日常生活，隨處可見其為我們服務(wù)的身影。本文從變頻器的基礎(chǔ)。含變頻器的總體結(jié)構(gòu)、交流功率模塊、變頻控制模塊等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方面主要進(jìn)行SPWM參數(shù)的計(jì)算和串行通信中斷程序等內(nèi)容。研究可以為我國變頻器的研究帶來具有價值的參考和借鑒。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)等設(shè)備種類繁多，與人們的工作和生活。息息相關(guān)，變頻電源成為不可缺少的優(yōu)質(zhì)、可靠的電源。由于在實(shí)際應(yīng)用中，不。會變換到，例如電氣產(chǎn)品在測試階段時，需要根據(jù)出口國家的市電電壓和頻率，在允許的波動標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，測試電氣產(chǎn)品的性能。因此，變頻電源不僅有為不同。設(shè)備提供電源的功能，還可以模擬不同國家的市電參數(shù)。

　　

【正文】 PWM 開關(guān)頻率和窄脈沖寄存器 FPDR（地址 001） 設(shè)置 PWM 載波的開關(guān)頻率和要刪除的無效窄脈沖寬度，地址為 001。 PWM的開關(guān)頻率是后級大功率管或大功率模塊的重要參數(shù)之一，它往往取決于后級功率電路的開關(guān)時間、工作效率等要求。 表 FPDR 寄存器數(shù)據(jù) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 CF1 CF0 PD5 PD4 PD3 PD2 PD1 PD0 PWM 頻率選擇位 CF CF0。 當(dāng) CF CF0 為 1 0 00 時，其對應(yīng)的分頻系數(shù) N 則分別為 1。 PWM 開關(guān)頻率 fc 由式（ 3）算出 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 fc=fclk/（ 512N） () 例如：若時鐘頻率為 20MHz， PWM 頻率選擇字為 11，則 fc=20xx0000/(5128)=4882Hz PD5～ PD0 為 窄脈沖時間選擇位 ， 窄脈沖的時間 tpd 由式（ 4）算出 tpd=PD/（ fc512） () 式中： PD——窄脈沖時間選擇數(shù)值。 窄脈沖刪除功能是指在 PWM 波中，由于后級電路的開關(guān)時間問題，小于 tpd寬度的脈沖不能引起后級電路的動作，可以被刪除去。 死區(qū)時間選擇寄存器 DTIM（地址 100） 設(shè)置 PWM 載波的死區(qū)時間寬度，地址為 100。 表 DTIM 寄存器數(shù)據(jù) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 － － DT5 DT4 DT3 DT2 DT1 DT0 PWM 載波的死區(qū)時間也是后級大功率管或大功率模塊的重要參數(shù)之一，它取決于后級功率電路的導(dǎo)通時間和截 止時間。對于采用 IGBT 作為功率輸出的電路，則尤為重要。如果設(shè)置不當(dāng)，會導(dǎo)致功率電路燒毀或諧波失真增加，死區(qū)時間設(shè)置參見圖 43。 圖 42 死區(qū)時間設(shè)置 死區(qū)時間 tpdy 由式（ 5）算出 : tpdy=DT/（ fc512） （ ） 式中： DT——死區(qū)時間選擇數(shù)值。 本系統(tǒng)中由于驅(qū)動芯片 IR2130 自帶死區(qū)時間，故此處將 DT 設(shè)為 0. 寄存器窄脈沖選擇和 PWM 頻率寄存器幅度控制寄存器 AMPR 頻率控制寄存器 PFR死區(qū)時間控制寄存器 DTIM， fclk=20MHz ， VDD=60V， FPWM=4882Hz， tpd=， Fsin=50Hz， tpdy=0μs 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 開啟命令 START（地址 110） 在完成芯片的各項(xiàng)參數(shù)的初始化設(shè)置后，通過往地址 110 中寫入 5FH，即可以開啟芯片的 SPWM 輸出。以后的參數(shù)改變，一旦寫入寄存器即立即表現(xiàn)出來，不必再使用開啟命令了。 （ 3） SM20xx 的 使用 三線 同步串行接口 SM20xx 的寄存器是通過一個三線同步串行接口進(jìn)行設(shè)置的。 當(dāng)片選 CS 為低時，芯片進(jìn)入串行通信狀態(tài)，在每個時鐘 CK 的上升沿，數(shù)據(jù)線 DA 上的數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部緩沖器，當(dāng) 11 個數(shù)據(jù)位全部進(jìn)入緩沖器后，在最后一個 CK 脈沖的認(rèn)可下，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)入相應(yīng)的寄存器，且命令被立即執(zhí)行。 地址和數(shù)據(jù)的低位在先傳入，分別為 A0、 A A D0、 D D D DD D D7。由于內(nèi)部的時序原因，在完成所有的數(shù)據(jù)輸入， CS 恢復(fù)高電平后，必須在 CK 上額外地多加入一個時鐘，完成數(shù)據(jù)的認(rèn)可 。 RST 接低電平時，芯片進(jìn) 入復(fù)位狀態(tài)。此時輸出端輸出高電平，各寄存器的內(nèi)容如表 2 所列。 表 復(fù)位狀態(tài)時各寄存器內(nèi)容 寄存器 窄脈沖選擇和PWM頻率寄存器 幅度控制 寄存器 頻率控制 寄存器 死區(qū)時間控制 寄存器 寄存器復(fù)位值 11111111 11001100 00111110 XX111111 VV MfDCclk 6020?? tpd= fc=4882Hz 85% 50Hz 0 復(fù)位主要是用來恢復(fù) INT 異常中斷的狀態(tài)。如果不是首次上電，復(fù)位并不能清除開啟命令。在芯片工作中時復(fù)位，芯片將以初始化 條件輸出 PWM 波形，所以應(yīng)配合使用 OE 的功能，首先關(guān)閉 SPWM 輸出（ OE=0），復(fù)位電路（ RST上加入一個負(fù)脈沖），在設(shè)置好需要的參數(shù)后，再開啟 OE，才能正常的輸出波形。 當(dāng)采用 20MHz 的時鐘時，表 2 中的缺省條件表示 PWM 的頻率為 4882Hz，死區(qū)和短脈沖時間為 ，正弦波頻率為 50Hz，合成正弦波峰值幅度為電源的 85％。（注意：在芯片的 OE 不為高，或 MCU 未發(fā)送開始命令時， U、 V、 W端口并沒有實(shí)際的 SPWM 輸出） 當(dāng)芯片首次上電時，也將自動復(fù)位所有的寄存器為內(nèi)部初始值，且芯片的輸出端保持高電平（ 不輸出時的缺省狀態(tài)）。 （ 3） SM20xx 程序設(shè)置 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 SM20xx 控制流程圖如圖 45 所示 上 電 復(fù) 位 O E = 0啟 動 時 初 始 化 設(shè) 置P F R 、 F P D R 、A M P R 、 D T I M 、S T A R TO E = 0正 常 輸 出修 改 參 數(shù)I N T 中 斷 輸 出 停 止對 故 障 進(jìn) 行 判 斷 、處 理 和 修 復(fù)O E = 0 圖 43 SM20xx 控制流程圖 初始化程序 初始化程序除完成 STC 的中斷源， 825 825 初始化外， 還需要對 STC 片內(nèi) RAM 中的某些單元和 SLE4520 本身進(jìn)行初始化為進(jìn)行件故障檢測， 設(shè)置故障位和故障計(jì)數(shù)器，初始化應(yīng)清零，為實(shí)現(xiàn)可變斜率升降頻設(shè)置斜率寄存器，初始化時應(yīng)放入最低斜率值， SLE4520 的初始化成對于保護(hù)系統(tǒng)完全可靠地啟動是必要的，程序框圖如圖 46。 顯示中斷程序 在正常運(yùn)行中，頻率的顯示是依靠定時中斷實(shí)現(xiàn)，定時器每隔一定的時間進(jìn)入顯示中斷服務(wù)程序。 顯示主要的內(nèi)容如下： 停車時顯示停車標(biāo)志， 故障時顯示對應(yīng)的故障碼，正常運(yùn)行時顯示逆變輸出頻率。 狀態(tài)顯示優(yōu)先次序?yàn)椋? 故障顯示， 停車顯示和頻率顯示。正常運(yùn)行時主要顯示頻率和 CPU 監(jiān)測工作運(yùn)行情況，顯示程序如圖 47。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 顯 示 中 斷 服 務(wù) 程保 護(hù) 現(xiàn) 場故 障 標(biāo) 志 頻 率 顯 示停 車 場 對 應(yīng) 故 障 顯 示停 車 標(biāo) 志中 斷 返 回 圖 44 顯示中斷 程序 顯示子程序及鍵盤服務(wù)程序流程圖 系統(tǒng)中通過鍵盤設(shè)置運(yùn)行（ RUN），停止（ STOP），電動（ JOG），復(fù)位（ RST）等功能鍵盤的使用方法及有關(guān)設(shè)計(jì)說明： (1)鍵盤完成的功能為：系統(tǒng)啟動，當(dāng)按下啟動鍵后，單片機(jī)才能執(zhí)行指令，程序運(yùn)行。 (2)系統(tǒng)的復(fù)位，通過手動執(zhí)行中斷，程序運(yùn)行結(jié)束，停止運(yùn)行常用做故障檢測停機(jī)使用。 (3)能方便地對兩個模擬調(diào)節(jié)參數(shù)修改或顯示。 開 始保 護(hù) 現(xiàn) 場8 2 7 9 初 始 化 ， 寫 顯 示 地 址 為 0 ，自 動 加 1取 7 2 0 9 中 健 號 ， 查 表 后 送 8 2 7 9顯 示 完恢 復(fù) 現(xiàn) 場返 回開 始保 護(hù) 現(xiàn) 場置 F I F R A M 命 令 字讀 入 鍵 值保 留 鍵 值求 項(xiàng) 地 址轉(zhuǎn) 向 分 支 程 序恢 復(fù) 現(xiàn) 場返 回 圖 45 鍵盤顯示子程序流程圖 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 (4)頻率顯示 鍵 當(dāng)按鍵 04H 鍵為 0N 時，顯示器兩位輸出頻率，低兩位顯示給定頻率。 當(dāng)按鍵 04H 鍵為 0FF 時，顯示器高兩位表示正反轉(zhuǎn)，顯示頻率表示輸出頻率。 (5)系統(tǒng)復(fù)位時，按下復(fù)位鍵后，整個系統(tǒng)停止工作。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第五章 結(jié)論 在設(shè)計(jì)過程中，調(diào)速控制系統(tǒng)中的系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的目的是通過驅(qū)動、放大電路控制系統(tǒng)主電路中功率開關(guān)元件的通斷，使系統(tǒng)裝置可靠工作。由于在系統(tǒng)主電路中，選擇的是 IGBT 功率開關(guān)元件，它具有通態(tài)壓降低、導(dǎo)通速度快、開關(guān)頻率高等特性，這就要求設(shè)計(jì)的觸發(fā) 控制電路必須滿足 IGBT 的工作特性，為此，系統(tǒng)觸發(fā)電路設(shè)計(jì)為數(shù)字化電路，利用單片機(jī)和脈寬調(diào)制器，通過脈寬調(diào)制（ PWM）方式，產(chǎn)生 SPWM 觸發(fā)脈沖，驅(qū)動 IGBT 工作；該電路具有靈活簡便、控制精確、現(xiàn)場可編程等優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)用價值。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 參考文獻(xiàn) [1]劉勝利 .高頻開關(guān)電源實(shí)用新技術(shù) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 . 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