【導(dǎo)讀】電網(wǎng)帶來大量的諧波和無功污染，已經(jīng)不再適用于當(dāng)今社會(huì)。整流器具有網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)，諧波含量少，電流正弦化和電能雙向傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，能從根本上解決諧波和無功問題，已經(jīng)成為電力電子技術(shù)研究中的熱門課題。然后設(shè)計(jì)了三相電壓型PWM整流器，主要包括硬件和軟件設(shè)計(jì)。部分主要有交流側(cè)電感和直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)，主功率開關(guān)器件和DSP的選型，服務(wù)子程序的流程圖。

　　

【正文】 1 0 K1 0 K+ 1 2 V 1 2 VL F 3 5 3L F 3 5 3+ 3 V+ 3 VG N DAA0 . 0 1 u F1 K 1 2 V+ 1 2 V23184238411 0 K交 流 電 壓 和 電 流采 樣 輸 出A D CG N D0 . 0 1 u FI N 4 0 0 7I N 4 0 0 7 圖 45 交流電壓和電流采樣調(diào)理電路 直流側(cè)電壓采樣的輸出電壓調(diào)理如圖 46 所示?；魻杺鞲衅鞲边呡敵龅碾妷盒盘?hào)經(jīng)過 RC 濾波器濾除信號(hào)中的干擾，在經(jīng)過電壓跟隨器，防止了輸入電路和輸出電路在進(jìn)行電阻匹配時(shí)產(chǎn)生的干擾。 DSP 接口端的兩個(gè) 二極管 串聯(lián) 是為了保證輸入 ADC 引腳的電平限定在 0~3V 內(nèi) ， 從而 保證了 DSP 正常工作。 + 1 2 VL F 3 5 3A 1 2 V+ 3 VG N D0 . 0 1 u F1 0 K1 0 K0 . 0 1 u FG N D+ 1 2 VL F 3 5 3A 1 2 V2348234181A D C直 流 側(cè) 電 壓采 樣 輸 出1 0 KI N 4 0 0 7I N 4 0 0 7 圖 46 直流電壓采樣調(diào)理電路 過零檢測(cè)設(shè)計(jì) 為了使交流電流的相位能精確的與電壓相位同步，因此要對(duì)交流電壓相位進(jìn)行跟蹤，最簡(jiǎn)單的跟蹤的方法就是對(duì)交流電壓進(jìn)行過零檢測(cè)。過零檢測(cè)電路如圖47 所示。 圖 47 所示的過零檢測(cè)電路由兩部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC 濾波 電路， 濾除 交流電源中的 諧波 ，縮小了 系統(tǒng)與 交流側(cè) 的相位 差； 第二部分由電壓比較器構(gòu)成， 對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行比較。 最后輸出占空比為 50%的 50Hz 方波信江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 三相電壓型 PWM 整流器的研究 24 號(hào)，送到 DSP 的 eCAP 引腳。 G N D1 K4 7 01 K+ 1 5 V 1 2 VL F 3 5 3L M 3 1 1+ 3 VAA 1 5 V+ 1 2 V0 . 1 u FG N DG N D1 0 K11423872384G N D0 . 1 u Fe C A P交 流 電 壓 采 樣輸 出 圖 47 電壓過零檢測(cè)電路 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 由于日本三菱公司的智能功率模塊 PM75CL1A120 內(nèi)置 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路，只需要將 DSP 輸出的 6 路 PWM 信號(hào)經(jīng)過三態(tài)收發(fā)器 74HC245， 在經(jīng)過光耦合器隔離 后，接 IPM 的驅(qū)動(dòng)接口控制 IGBT 工作。 本設(shè)計(jì)選用 HCPL4504 作為光耦合器，它是高速 、 高共模比的 IPM 接口專用光耦。 它 極短的寄生延時(shí) 特點(diǎn) 為高 頻功率 開關(guān) 器件 的死區(qū)時(shí)間 保證 了安全 ，防止了上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通，造成短路故障 。其中一個(gè)功率開關(guān) 器件 的驅(qū)動(dòng)接線如圖48 所示， 為了保持控制電壓平穩(wěn)和修正線路 阻抗的穩(wěn)定， 在 Vcc 與 GND 之間加 F 的去耦電容， Vo 與 GND 之間加 50pF 的去噪電容。 2 0 0e P W M x A / BG N D xV o xV c c xH C P L 4 5 0 40 . 1 u F1 5 K5 0 p FG N D 圖 48 HCPL4504 接線原理圖 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 三相電壓型 PWM 整流器的研究 25 電源設(shè)計(jì) PWM 整流器的 供電 電源是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，給系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠、純凈、充足 的電能 工作非常重要 。若 系統(tǒng) 不能可靠 的 工作 ，可能會(huì)使 重要 的 元器件 損壞，而且還 影響 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。 本文設(shè)計(jì)選用 JS15915 作為 PM75CL1A120 的供電電源。 JS15915 是專門設(shè)計(jì)用于 IPM 的反激式開關(guān)電源，它提供 8 路輸出電壓，具體輸入輸出如圖 49所示。 V1+輸出是 PM75CL1A120 的下三橋公用的電源接口， V2+、 V3+、 V3+輸出是上三橋分別使用的電源接口， +5V 輸出可以提供給 DSP 使用， +15V、 15V輸出可以提供給霍爾電壓電流傳感器使用，為了削減或防止毛刺干擾，所以需要在每路輸出電壓端添加 100nF 去耦電容和 100μF 濾波電容。 P 表示的是 JS15915輸入的直流電源正極， N 表示的是輸入的直流電源負(fù)極，輸入 的 直流 電壓 范圍為170~700V。 J S 1 5 9 1 5V 1 +V 1 GV 2 +V 2 GV 3 +V 3 GV 4 +V 4 G+ 5 VG N D1 5 G+ 1 5 V 1 5 V2 4 G+ 2 4 VPN 圖 49 JS15915 管腳圖 除了 IPM 的供電電源外，另一個(gè)重要的供電電源就是 TMS320F28335 的供電電源。 TMS320F28335 上有 2 類電源引腳，一個(gè)是需要 的 CPU 電源引腳，另一個(gè)就是需要 的 I/O 電源引腳。目前比較常見的是 +5V 電源，所以必須使用電源轉(zhuǎn)換器件來得到 TMS320F28335 所需要的電源，美國(guó)德州儀器提供了專門的電源轉(zhuǎn)換器件，本設(shè)計(jì)選用 TPS767D318 線性穩(wěn)壓器，它具有雙路輸出，輸入電壓是 +5V，輸出電壓是 + 和 +，輸出電流是 1A。為了防止輸出電源的波動(dòng)，所以需要在輸出電源與地之間接一個(gè) 100nF 的旁邊電容。特 別 要注意的是，在給 TMS320F28335 上電時(shí)， 要考慮到上電的順序， 如果先給 I/O 電源引腳上電，后給 CPU 電源引腳上電，因?yàn)榇藭r(shí)的 CPU 并沒有開始工作， I/O 輸出江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 三相電壓型 PWM 整流器的研究 26 緩沖器中的晶體管可能 已經(jīng) 打開 了 ，從而在輸出引腳上產(chǎn)生未知的狀態(tài)，將影響到 整個(gè) 系統(tǒng)的 控制 性能。而如果先給 CPU 電源引腳上電，后給 I/O 電源引腳上電，那么 I/O 引腳就不會(huì)產(chǎn)生不確定的狀態(tài)。所以為了 防止 這種情況 的發(fā)生 ，因此在給 TMS320F28335 的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)，要考慮到 的 CPU 電源引腳 上電 比 的 I/O 電源引腳上電要 適當(dāng)?shù)脑?一些。 其它器件的電源設(shè)計(jì)如下： （ 1） 177。 12V 電源電路 設(shè)計(jì) 177。 12V 電源電路如圖 410 所示。它主要由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等組成。將單相電源經(jīng)過具有三端輸出的變壓器降壓，變壓器的副邊的中點(diǎn)接地，接著經(jīng)過全波整流，然后濾波電容對(duì)其濾波，最后穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到所需的電源，穩(wěn)壓管選擇 LM7812 和 LM7912。圖中的 C C2 為電解電容，主要用于濾波， C C4用來防止自激振蕩， C C6 用來消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性，保證負(fù)載電流變化時(shí)不致引起輸出電壓有較大波動(dòng) 。 L M 7 8 1 2L M 7 9 1 22 2 0 V5 0 H z0 . 3 3 u F3 3 0 0 u F 0 . 3 3 u F3 3 0 0 u F1 u F1 u FV i nV o u tV i n+ 1 2 V 1 2 VC 1C 2C 3C 4C 5C 61 8 V 圖 410 177。 12V 電源 原理圖 （ 2） 177。15V 電源電路設(shè)計(jì) 177。 15V 的電源電路如圖 411 所示。原理和177。 12V 電源電路相同。只是在變壓器的變比選擇和穩(wěn)壓管選擇有所不同。穩(wěn)壓管選擇 LM7815 和 LM7915。 L M 7 8 1 5L M 7 9 1 52 2 0 V5 0 H z0 . 3 3 u F3 3 0 0 u F 0 . 3 3 u F3 3 0 0 u F1 u F1 u FV i nV o u tV i n+ 1 5 V 1 5 VC 1C 2C 3C 4C 5C 62 3 V 圖 411 177。 15V 電源原理圖 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 三相電壓型 PWM 整流器的研究 27 （ 3） 177。5V 的電源電路設(shè)計(jì) 177。 5V 的電源電路如圖 412 所示。原理和177。 12V 電源電路相同。只是在變壓器的變比選擇和穩(wěn)壓管的選擇有所不同。穩(wěn)壓管選擇 LM7805 和 LM7905。 L M 7 8 0 5L M 7 9 0 52 2 0 V5 0 H z0 . 3 3 u F3 3 0 0 u F 0 . 3 3 u F3 3 0 0 u F1 u F1 u FV i nV o u tV i n+ 5 V 5 VC 1C 2C 3C 4C 5C 68 V 圖 412 177。 5V 電源原理圖 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 日本三菱公司的智能功率模塊 PM75CL1A120 內(nèi)置過流、短路、控制電源欠壓 和 過熱保護(hù)，如果 IPM 中 任何 一種 或多種 保護(hù)電路 檢測(cè)到故障并動(dòng)作 ， IGBT驅(qū)動(dòng)單元就會(huì)封鎖門極 ，同時(shí)通過故障輸出端口 輸出故障信號(hào)。 由于 IPM 輸出的故障信號(hào)不能保持，為 了防止 IPM 保護(hù) 不停地 動(dòng)作， 所以一個(gè)可靠的 保護(hù)電路不能只依靠 IPM 自身的 保護(hù) 電路 ，還 必須設(shè)計(jì)一些 外圍電路 進(jìn)行 保護(hù) 。 7 4 H C 2 4 5e P W M 1 Ae P W M 1 Be P W M 2 Ae P W M 2 Be P W M 3 Ae P W M 3 BO EH C P L 4 5 0 4P M 7 5 C L 1 A 1 2 0H C P L 4 5 0 47 4 H C 0 0amp。U F oV F oW F oF o7 4 L S 1 1 2JKG N DQZ 3RG P I OZ 2Z 1D 圖 413 保護(hù)電路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 三相電壓型 PWM 整流器的研究 28 保護(hù)電路如圖 413 所示。從圖 41 可看出， PM75CL1A120 有 4 個(gè)故障信號(hào)輸出，它們是上臂橋 3 個(gè)功率開關(guān)器件分別有 1 個(gè)故障輸出端（ UFo、 VFo、 WFo），下臂橋 3 個(gè)功率開關(guān)共用的 1 個(gè)故障輸出端（ Fo）。當(dāng) PWM 整流器發(fā)生故障時(shí)，PM75CL1A120 保護(hù)電路檢測(cè)到故障，將故障信號(hào)經(jīng)過高速光耦合器隔離后，再經(jīng)過與非門送到 JK 觸發(fā)器的 J 引腳，進(jìn)而將故障信號(hào)儲(chǔ)存并保持住。 JK 觸發(fā)器的 Q 端與收發(fā)器的 OE 端通過反相器連接，當(dāng) PWM 整流器發(fā)生故障時(shí)，PM75CL1A120 故障輸出端輸出低電平，與門輸出端為高電平，從而 JK 觸發(fā)器的 Q 端輸出低電平，經(jīng)過反相器后，收發(fā)器的 OE 端為高電平，從而使收發(fā)器輸出信號(hào)為高阻態(tài)，將 IPM 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)封鎖住，進(jìn)而關(guān)斷了 PM75CL1A120 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)。同時(shí) JK 觸發(fā)器的 Q 端輸出的低電平也送入 TMS320F28335的故障輸入引腳 Z1～ Z3，使 TMS320F28335 的 PWM 信號(hào)輸出為高 阻 態(tài)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了保護(hù)。當(dāng)故障排除后， TMS320F28335 發(fā)出故障排除信號(hào)至 JK 觸發(fā)器的異步清零端，從而使收發(fā)器恢復(fù)工作，繼續(xù)驅(qū)動(dòng) IPM， PWM 整流器恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 三相電壓型 PWM 整流器的研究 29 5 三相電壓型 PWM 整流器的軟件設(shè)計(jì) 在 三相電壓型 PWM 整流器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，常 采用模塊化設(shè)計(jì)思想，這樣可以提高系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試的效率。所有的程序都在 DSP 的集成開發(fā)環(huán)境 CCS 下設(shè)計(jì)并調(diào)試，采用 C 語言編程。 DSP 的程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序和各個(gè)子程序組成。 主程序介紹 控制系統(tǒng)的主程序主要是完成系統(tǒng)運(yùn)行前的初始化和為中斷處理程序做好準(zhǔn)備操作。主程序主要包括：系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化、 ePWM 模塊初始化、 eCAP 模塊初始化、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊初始化、同步串行外設(shè)接口模塊初始化、一些專用寄存器的初始化等。當(dāng)系統(tǒng)初始化完成以后，主程序進(jìn)入了循環(huán)等待，等待各中斷響應(yīng)的發(fā)生，當(dāng)系統(tǒng) 接 收到中斷請(qǐng)求后， TMS320F28335 就開始執(zhí)行 相應(yīng)的 中斷服務(wù)程序。主程序流程圖如圖 51 所示。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)