【正文】 無論是哪種驅(qū)動電路，在設(shè)計時都必須考慮以下兩點：最優(yōu)化驅(qū)動特性和自動快速保護。其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓 uCE決定的，當 uCE 為正且大于開啟電壓 UCE(th)時， MOSFET 內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進而使 IGBT導(dǎo)通。 A/D 轉(zhuǎn)換器的全部操作都通過 ADC 寄存器進行。 ⑽ 靈活的中斷控制，允許每個排序的結(jié)束 (End of Sequence, EOS)或每兩次 EOS 申請 中斷一次。輸入模擬電壓和采樣結(jié)果的關(guān)系為：數(shù)字結(jié)果 =4095 (輸入模擬電壓 ADCLO)/3。 ⑹ 可在一次采 樣中同時實現(xiàn) 16 路自動轉(zhuǎn)換的自動排序。 ⑵ 同時采樣或順序采樣模式。 16 個結(jié)果寄 存器 ADCRESULT0~ ADCRESULT15 存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果。 12． 心電圖分析。 9． 生物醫(yī)學(xué)信號處理舉例： 10． CT：計算機 X 射線斷層攝影裝置。 5． 儀器儀表：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、地震處理等。 DSP 的相關(guān)應(yīng)用 1． 信號處理：數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、 FFT、 Hilbert 變換、相關(guān)運算、頻譜分析、卷積 、 模式匹配、窗函數(shù)、波形產(chǎn)生等。 DSP 微處理器（芯片）一般具有如下主要特點： （ 1）在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； （ 2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)； （ 3）片內(nèi)具有快速 RAM，通?？?通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問； （ 4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； （ 5）快速的中斷處理和硬件 I/O 支持； （ 6）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器； （ 7）可以并行執(zhí)行多個操作； （ 8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 20世紀 60年代以來，隨著 計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速的發(fā)展。 ⑵ 最大集電極電流，包括額定直流電流 IC 和 1ms 脈寬最大電流 ICP。 ⑶ 高壓時 IGBT 的同態(tài)壓降比 VDMOSFET 低，特別是在電流較大的區(qū)域。 IGBT 的電氣圖形符號 IGBT 的主要特點： ⑴ IGBT 開關(guān)速度高。 圖 33 IGBT 驅(qū)動電路供電電源設(shè)計 IGBT 的特點及選取 IGBT 也稱為絕緣柵雙極晶體管，綜合了 GTR 和 MOSFET 的優(yōu)點，因而具有良好的特性。開關(guān)管S1,S4 門極送第一個 SPWM 信號， S2， S3送第二個 SPWM信號，分別控制 4個 IGBT 在 不通時刻導(dǎo)通與關(guān)斷，從而產(chǎn)生交流電壓。通過這種方式可以產(chǎn)生周期與比較寄 存器值成比例的脈沖信號?？稍诘皖l輸出時采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近。在三相 SPWM 逆變電路中通常共用一個三角波載波，且取 N 為 3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱。對于三相逆變器來說，三相輸出的對稱性也變差。 1 異步調(diào)制 載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式即為異步調(diào)制。三角波負峰時刻 td對信號波采樣得 D 點，過 D 作水平線和三角波交于 A、 B 點，在 A 點時刻 tA 和 B點時刻 tB 控制器件的通斷，脈沖寬度和 δ 用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。 圖 215規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法特點 是一種應(yīng)用較廣的工程實用方法，其效果接近自然采樣法，但計算了卻比自然采樣 法小的多。 ur正負半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，當 uruc 時，給 V1 和 V4 導(dǎo)通信號，給 V2 和 V3關(guān)斷信號，如 io0， 則 V1和 V4導(dǎo) 通，如 io0， 則 VD1 和 VD4 導(dǎo) 通 ， uo=Ud。波形見圖 213。 圖 212單相橋式 PWM逆變電路 單極性 PWM 控制方式（單相橋逆變）： 調(diào)制信號 ur為正弦波，載波 uc 在 ur 的正半周為正極性的三角波，在 ur 的負半周為負極性的三角波。 控制規(guī)律： uo 正半周， V1 保持 通 態(tài) ， V2保持 斷 態(tài) ， V3 和 V4 交替通斷， 因為 負 載電流比電壓滯后， 因此 在電壓正半周，電流有一段 區(qū)間 為正，一段 區(qū)間 為負 。 計算法和調(diào)制法 1） 計算法 根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算 PWM 波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需 PWM波形。 等幅 PWM 波和不等幅 PWM 波：由直流電源產(chǎn)生的 PWM 波通常是等幅 PWM 波，如直流斬波電路及 PWM 逆變電路 ， PWM 整流電路。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各 i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。其輸出電流 i(t)對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖 29b所示。沖量指窄脈沖的面積。 3 .SVPWM 調(diào)制 SVPWM (空間電壓矢量控制 PWM)調(diào)制 也叫磁通正弦 PWM 法 ， 它以三相波形整體生成效果為前提 ,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的 ,用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準圓磁通 ,由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān) ,形成 PWM 波形 。 圖 28 單相 全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式 逆變電路的調(diào)制方式 方波逆變器輸出的交流電壓波形為方波 ，占空比不可調(diào)。 V3 的基極信號比 V1 落后 θ（ 0θ180176。移相調(diào)壓實際上就是調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖的寬度。 輸出電壓波形的的定量分析： 把幅值為 Ud 的矩形波 u0 展開成傅里葉級數(shù)得 ?????? ??????? tttUu ???? 5s i n513s i n31s i n4 do 其中，基波的幅值 Uo1m 和基波有效值 Uo1 分別為 ddo1m UUU ?? ? ddo1 UUU ?? ? 上述公式對于半橋逆變電路也是適用的，只是式中的 Ud 要換成 Ud/2。 全橋逆變電路 電壓型全橋逆變電路如圖 28a 可以看成由兩個半橋電路的組合而成。 圖 27 單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形 優(yōu)點：簡單，使用器件少。當負載為感性時，其工作波形如圖 27b 所示。 (2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負載阻抗不同而不同。先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯(lián)二極管使其加反壓的換流叫電流換流（圖 25）。 圖 24 直接耦合式強迫換流原理圖 電感耦合式強迫換流 —— 通過換流電路內(nèi)電容和電感耦合提供換流電壓或換流電流。通常利用附加電容上儲存的能量來實現(xiàn)，也稱為電容換流。 負載工作在對基波電流接近并聯(lián)諧振的狀態(tài)，對基波阻抗很大，對諧波阻抗很小， uo波形接近正弦。在實際電路中，電容往往是為改善負載功率因數(shù)，使其略呈容性而接入的。負載為電容性負載時，負載為同步電動機時，可實現(xiàn)負載換流。在換流時，只要把負的電網(wǎng)電壓施加在遇關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。 ② 電網(wǎng)換流 由電網(wǎng)提供換流電壓稱為電網(wǎng)換流。 逆變電路的換流方式 在圖 22 的逆變電路工作過程中，在 t1 時刻出現(xiàn)了電流從 S1 到 S2,以及從 S3 到 S4的轉(zhuǎn)移。在 t1 時刻斷開 S1 和 S4,同時合上 S S3導(dǎo)通 ,則 uo 的極性立刻變?yōu)樨摗? 逆變電路的基本工作原理 以單相橋式逆變電路為例說明其最基本的工作原理，圖（ a）中 S1~S4 是橋式電路的 4個臂，它們由電力電子器件及輔助電路組成，當開關(guān) S S4 斷開， S S3閉合時， uo 為負，其波形如下圖所示，這樣就把直流電變成交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即改變輸出交流電的頻率，這就是逆變電路的 最基本的工作原理。 (4) 輔助電源 輔助電源的功能是將逆變器的輸入電壓變換成適合控制電路工作的直流電 壓。 (2) 輸出電路 輸出電路主要是濾波電路。 ⑸ 完成單相電壓型 PWM逆變器系統(tǒng)仿真 。 本文研究內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容如下： ⑴ 掌握單相電壓型 PWM 逆變器的工作原理 。 (6) 滑模變結(jié)構(gòu)控制 滑模變結(jié)構(gòu)控制最大的優(yōu)勢是對參數(shù)變動和外部擾動不敏感，系統(tǒng)的魯棒性特別強。其基本思想是假定前一基波周期中出現(xiàn)的畸變將在下一基波周期的同一時間重復(fù)出現(xiàn)，控制器根據(jù)每個開關(guān)周期給定與反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后在下一基波周期同一時間將此信號疊加在原控制信號上，以消除以后各周期中將出現(xiàn)的重復(fù)性畸變。 (5) 重復(fù)控制 重復(fù)控制的基本思想源于控制理論中的內(nèi)模原理，內(nèi)模原理是把作用于系統(tǒng)的外部信號的動力學(xué)模型植入控制器以構(gòu)成高精度的反饋控制系統(tǒng)。由負載擾動引起的輸出電壓偏差可在一個采樣周期內(nèi)得到修正。一旦設(shè)計好這個控制器，它的參數(shù)不能改變而且控制性能能夠保證。 由于工作狀況變動、外部干擾以及建模誤差的緣故，實際工業(yè)過程的精確模型很難得到，而系統(tǒng)的各種故障也將導(dǎo)致模型的不確定性，因此可以說模型的不確定性在控制系統(tǒng)中廣泛存在。在過去的 20 年中，魯棒控制一直是國際自控界的研究熱點。 2）模糊控制 與傳統(tǒng)的控制方式相比，智能控制最大的好處是不依賴控制對象的數(shù)學(xué)模型。 PID 控制的精度取決于比例項和積分項，這兩項越大控制精度越高，一方面逆變器空載時振蕩性很強，積分項易產(chǎn)生相位滯后，另一方面離散化系統(tǒng)的量化誤差也對穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此比例項和積分項不能取得太大。采用模擬 PID控制器進行調(diào)節(jié)，其動態(tài)性能特別是非線性負載的時候，不能令人滿意。 ④ 控制策略靈活，可以方便實現(xiàn)許多復(fù)雜、智能的算法提高性能。逆變電源的控制方法有傳統(tǒng)的 PID控制，模糊控制、滯環(huán)控制、狀態(tài)反饋控制、無差拍控制和重復(fù)控制。 逆變器帶負載啟動的能力和動態(tài)工作時的性能。正常工作條件下其值應(yīng)在177。 10%。 3%或177。 ⑺ 按逆變器輸出電壓或電流的波形，可分為正弦波輸出逆變器和非正弦波輸出逆變器。也可以將其歸納為“半控型”逆變器和“全控型”逆變器兩大類。 ⑶ 按照逆變器輸出電能的去向，可分為有源逆變器和無源逆變器。 逆變電源的分類 逆變器的種類很多，可按照不同的方法進行分類。 逆變技術(shù)存在的難點 數(shù)字化是逆變電源發(fā)展的主要方向，但還是需要解決以下一些難題 ： ① 逆變電源輸出要跟蹤的是一個按正弦規(guī)律變化的給定信號，它不同于一般開關(guān)電源的常值控制。有了逆變器，就可利用直流電轉(zhuǎn)換成交流電為電器提供穩(wěn)定可靠得用電保障，如筆記本電腦、手機、數(shù)碼相機以及各類儀器等；逆變器還可與發(fā)電機配套使用，能有效地節(jié)約燃料、減少噪音；在風能、太陽能領(lǐng)域，逆變器更是必不可少。提高功率因數(shù)的傳統(tǒng)方法是采用無源功率因數(shù)校正技術(shù)，目前較先進的方法是 :單相輸入的采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，三相輸入的采用 SPWM 高頻整流提高功率因數(shù)。 (4) 數(shù)字化 現(xiàn)在數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點 :便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、提高系統(tǒng)抗干擾能力、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào)、也便于自診斷，容錯等技術(shù)的植入，同時也為電源的并聯(lián)技術(shù)發(fā)展提供了方便。 (3) 模塊化 當今逆變電源的發(fā)展趨向是大功率化和高可靠性 .雖然現(xiàn)在已經(jīng)能生產(chǎn)幾千 KVA 的大型逆變電源，完全可以滿足大功率要求的場合。它的研究對于逆變器性能的提高和進一步推廣應(yīng)用，以及對電力電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，都有十分重要的意義，是當前逆變器的發(fā)展方 向之一。 20 世紀 80 年代初，美國弗吉尼亞電力電子技術(shù)中心(VPEC)對諧振技術(shù)進行了改進，提出了準諧振變換技術(shù)，即把 LC 回路在一個開關(guān)周期中的全諧振改變?yōu)榘胫C振或部分諧振，這才使軟開關(guān)與 PWM 技術(shù)的結(jié)合成為可能，并在 DC／DC 變換器中普遍采用。1961 年， W． McMurrav 與 B． D． B edford 提出了改進型 SCR 強迫換向逆變器，為 SCR 逆變器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。以 IGBT、電力 MOSFET 等為代表的全控型器件的不斷完善給 PWM 控制技術(shù)提供了強大的物質(zhì)基礎(chǔ)，推 動了這項技術(shù)的迅猛發(fā)展，使它應(yīng)用到整流、逆變、直 直、交 交的所有四大類變流電路中。 隨著信息處理技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機的廣泛應(yīng)用，供電系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，因此對不間斷電源（