【正文】 此外，利用軟件對檢測的電流進行分時反饋處理，以使相反電勢和相電流的相位始終保持一致，轉(zhuǎn)速、電流控制子程序是實現(xiàn)永磁方波無刷直流電動機實時控制的關(guān)鍵所在。位置信號、電流信號的檢測分別由位置檢測中斷服務(wù)程序和電流檢測中斷服務(wù)程序來實現(xiàn) ,轉(zhuǎn)速的檢測是通過軟件計算間接獲得的。因此， DSP 程序包括起動子程序、電流和位置檢測中斷服務(wù)子程序、轉(zhuǎn)速控制子程序、電流控制子程序、 PWM 調(diào)制子程序，速度計算子 程序以及系統(tǒng)的監(jiān)測和故障處理模塊等。 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計總體框圖 如 。如果計數(shù)器小于 1500，則讀取電流值，只進行電流 PI 調(diào)節(jié)和限幅調(diào)節(jié)。位置信號一旦發(fā)生變化，進入捕獲中斷子程序，讀取此刻的捕獲值和位置值，根據(jù)位置值進行換相導通，并計算兩次捕獲的時間差，用來進行速度計算。配置完寄存器后，讀取啟動時刻的位置值，根據(jù)位置值來調(diào)用換相子程序。軟件主程序框圖如圖 所示 。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是耗電多，占用過多的系統(tǒng)硬件資源。 圖 89C51的 鍵盤輸入部分 （ 2）顯示部分 為了減少軟件的開銷，在顯示中采用了顯示專用芯片 CD4543，其為靜態(tài)顯示方式，并且是上升沿進行信號鎖定。電容的作用是為了減少外界干擾產(chǎn)生的錯誤信號。鍵盤的輸出直接連接到 89C51的 。這樣P2口的每個引腳都可以配置成下列 4種操作模式之一 : （ 1）作為受控于 EPA的特殊功能信號引腳； （ 2）作為標準的互補推挽式的輸出腳； （ 3）作為標準的漏極開路的輸出腳； （ 4）作為標準的高阻輸入腳。它可以實現(xiàn)兩種功能 :標準的 1/O口功能或與事件處理器陣列 EPA有關(guān)的特殊功能。只有在改變 WGESR ELOAD的同時，按比例地改變 WG一 OMP，才可能在改變載波周期的同時不改變占空比 [25]。 改變重置寄存器 WG_RE LOAD和比較緩沖寄存器 WGOMPX的值將使載波的周期和信號的占空比發(fā)生變化。這個外部事件即可以是邊沿觸發(fā)的，也可以是電平觸發(fā)的，由軟件選擇。另外 ， WFG還有保護電路，它的功能是 :在軟件的控制下或在一次外部事件 (作用于 EXINT管腳上 )的作用下，同時禁止波形發(fā)生器的全部 6個輸出?？刂齐娐凡糠职刂萍拇嫫?(WG CON)和輸出寄存器 (WG OUT)，控制寄存器負責允許或禁止計數(shù)器 1作，確定計數(shù)器的方向，控制工作方式，并為全部的三相信號輸出確定死區(qū)時間。當檢測到一個有效的跳變信號時，在每個狀態(tài)周期計數(shù)減 1，直到減 到計數(shù)器停止并輸出跳變允許信號。死區(qū)時間 (Deadtime)發(fā)生器是用來防止一對互補的PWM波同時有效，保證功率器件的可靠工作。相位驅(qū)動通道決定波的占空比。時基發(fā)生器的心是一個 16位雙向計數(shù)器WGCUNT，它的計數(shù)時鐘是振蕩器頻率的 1/2，可工作于 4種 不同的方式，產(chǎn)生中心對準或邊沿對準的波形。時基發(fā)生器產(chǎn)生波的載波頻率。時基發(fā)生器的作用是產(chǎn)生載波，相位驅(qū)動通道決定波的占空比，控制電路決定工作方式和控制中斷輸出。這一外設(shè)裝置大大簡化了用于產(chǎn)生同步脈寬調(diào)制 (PWM)波形的控制軟件和外部硬件特別適合用于控制三相交流感應(yīng)電動機，也可以用于控制直流電動機和其他需要多個PWM輸出的裝置。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外， TMS320F2407 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 TMS320F2407為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 功能特性描述： TMS320F2407是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編Flash 存儲器。 另外 ，保護電路 (包括電壓和電流保護 )動作后的輸出信號除了去 DSP的中斷外，還通過一個交流接觸器，去切斷主回路的電源。 直流側(cè)電壓保護工作原理和電流保護原理基本相同下面僅介紹它的特殊之處。 當產(chǎn)生中斷后，由 DSP進行處理，封鎖 IGBT的驅(qū)動信號。在正常工作時，比較器正向輸入端的電壓高于反向輸入端的電壓，比較器的輸出為高電平。 15 VR 1+ 15 VI 1I 0邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 （ 2）過電流保護電路設(shè)計 直流回路過電流保護電路如圖 ?；魻杺鞲衅魇怯烧?15V供電， M端外接采樣電阻即得電流信號，原邊電流的方向和傳感器的 M端的輸出電壓的極性是對應(yīng)的。 （ 1） 直流側(cè)電流保護 直流側(cè)電流信號的檢測 : 電流檢測可以采用電流傳感器和霍爾電流傳感器 (LEM)[24]，從線性的角度和準確的角度 來講采用霍爾電流傳感器為好。 保護電路 在逆變器的設(shè)計中，保護電路是順利實現(xiàn)調(diào)速的關(guān)鍵因素之一。 TLP250驅(qū)動電路上橋臂的三個 IGBT， PWM經(jīng)與門 7409驅(qū)動功率開關(guān)器件，控制逆變器的下三個開關(guān)元件 IGBT按一定的順序通斷，使直流電壓變換成具有相應(yīng)幅值和頻率的周期電壓，供給電樞繞組。當負脈沖輸入時， TLP250輸出為高電平，在 IGBT門極加上了正電壓，從而驅(qū)V ccIG B TRG雙絞線20 V0 V+ C 1+ C 2151456 2319驅(qū)動信號過流保護Rg二極管RgTLP 250R 123U 1IN +IN V +OUTOUTV EXB 8405678+C 1 C 2D 1+ 20 VR 2R 3Z 1C 3D 2驅(qū)動信號 20 V輸出信號Z 2Z 3邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 動了 IGBT功率管。封裝形式為 ，輸出為高電平 11伏，低電平為 5伏，低電平是 5伏是為了 IGBT可靠的、快速的關(guān)斷。 在使用 EXB840的過程中應(yīng)注意以下問題： ① 輸入電路與輸出電路分開，輸入電路的接線遠離輸出電路接線以保證有適當?shù)慕^緣邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 強度和高的噪聲阻抗； ② 過大的輸入電流會增加驅(qū)動電路的信號延遲而不足的電流會引起驅(qū)動電路工作不穩(wěn)定； 圖 EXB840驅(qū)動應(yīng)用電路 ③ IGBT 的柵極和發(fā)射極回路的連線要小于 lm 并用雙絞線； ④ 應(yīng)用電路的電容器 C1 和 C2，主要是吸收由于電源接線阻抗引起的供電電壓變化，而不是起電源濾波的作用。此驅(qū)動電路內(nèi)部設(shè)有過電流保護電路，按照驅(qū)動信號和集電極電壓間的關(guān)系檢測出過電流，如果發(fā)生過電流，驅(qū)動器會低速切斷電路關(guān)斷 IGBT(小于 10微秒的過流不響應(yīng) )。 EXB840是混合式集成電路，它具有安裝方便，信號延遲少(≤ 1微秒 )，外圍元件少。傳統(tǒng)的方法是用分立元件來實現(xiàn)以上功能，電路復(fù)雜，不容易調(diào)試；成本高，抗干擾能力差。但這樣短的時間保護電路很難區(qū)分是真短路還是假短路，因此，必須利用 IGBT的短路特性減低柵極電壓，使 IGBT能承受短路電流更長的時間。三菱公司推薦的電阻值估計公式為 : GNR 31 3 / I 31 3 / 5 47? ? ? ? （ ） (4)柵極所需的平均功率 ,峰值電流及平均電流，驅(qū)動電路提供的平均功率為 : G GE CQUPF? ? ? ? （ ） 其中 ()GE GE GEU U U? ? ? ? ?， CQ為總的柵極電荷量， F為開關(guān)頻率； (5)故障保護能力：在電路發(fā)生故障時，驅(qū)動電路能迅速切斷故障電流，而達到保護IGBT的目的。較小的阻值可以增加開關(guān)速度和減小開關(guān)損耗，但開關(guān)的浪涌電流較大。 圖 IGBT電流的選擇 同時為了 IGBT的可靠工作，其對驅(qū)動的要求 [22]: (1)正向驅(qū)動電壓 :為保證 IGBT的充分導通，以達到降低器件飽和壓降的目的，正向驅(qū)動電壓要足夠大，通常為 +15V，為了保證柵極二氧化硅層不被擊穿、長期可靠的工電機容量逆變器的容量在 IGB T 運行時的峰值電流選定 IGB T 的額定電流邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 作和限制短路電流，最大柵極電壓不得超過 20V； (2)反向驅(qū)動電壓 :為了防止 dv/dt以及外界干擾脈沖所引起的誤導通，及加速關(guān)斷的速度，對欲關(guān)斷的 IGBT的柵極應(yīng)施加一個 510V的反向電壓，其上限值也不應(yīng)超過20V； (3)柵極電阻 :柵極電阻的大小選擇要考慮很多的因素 :如開關(guān)損耗、開關(guān)速度、電路是否出現(xiàn)震蕩、是否產(chǎn)生浪涌電流。 （ 2）電流的選擇 2rNFII?? ? ? （ ） NI 為額定電流， rI 為負載電流， F為電流非正弦因素造成的沖擊電流系數(shù)， ? 為過載倍數(shù)， 2 為峰值 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 所以： rI = 2 =（ A） （ ） 表 電壓的選擇 交流電壓 額定電壓 交流電壓（ V） 180～ 220 380～ 440 480～ 575 IGBT的額定電壓 600 1000～ 1200 1400 驅(qū)動電路的設(shè)計 雖然 IGBT器件對驅(qū)動電路要求不高，但是 IGBT的驅(qū)動電路設(shè)計的好壞對器件的安全關(guān)系很大。為了確保系統(tǒng)的可靠運行，在主電路的濾波電容器上并聯(lián)了一個大的電阻以及一個壓敏電阻，以防止泵升電壓影響整個系統(tǒng)主回路功率器件的可靠性，同時也保證了在調(diào)試過程中的安全。但是對于采用二極管整流供電的系統(tǒng)，回饋的能量無法返回到交流電網(wǎng)，從而堆積在濾波電容上 ，致使其電壓升高，即為泵升電壓。電機變間歇的處 于再生制動與能耗制動狀態(tài)。 CD C W MU K K U? = 380=709（ V） （ ） 所以選擇耐壓為 1000V，容量為 1000μV的電解電容器。這樣即不會因耐壓過高增加體積和成本，也不會使之被擊穿。 濾波電路 電壓型 PWM功率電路采用大容量濾波時 [20]，其作用有： （ 1）形成低內(nèi)阻特性的直流電壓源； （ 2）與感性負載交換無功功率； （ 3）低通濾波。 PM = VgIg = 216 = (KW) （ ） 邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 Pd = P M =(KW) （ ） 圖 電 機功率驅(qū)動電路 在確保最大輸出電流時，直流環(huán)節(jié)平均電流為 d d dI P / U 2340 / 537 ( A )? ? ? （ ） 由于整流元件是連續(xù)導通的，其電流有效值 I與通態(tài)平均電流 Ir有如下關(guān)系 rI/I ? （ ） 在三相全橋整流時，元件有效值 I與電機有效值 Id有如下關(guān)系 dI/ I 1/ ? （ ） 所以整流元件的通態(tài)平均電流 D t dI K I / 1. 17 / 2. 03 2 * 4. 4 / 1. 17 / 2. 03 3. 55 ( A )? ? ? （ ） 選擇 ID = 4（ A） （ ） Kt為電流安全裕量，一般在 ～ ，取其為 2。m)； Kωu 等于電源電壓 U； 功率主電路 電氣參數(shù)如下：二相四極星型接法直流電動機，驅(qū)動方式為兩兩導通二相六狀態(tài) 額定電壓 Ve = 216 V 額定電流 Ie = A 額定功率 Pe = 1250 W 效 率 ηn = % 整流電路的設(shè)計 為了保持電路的對稱，采用兩相全波整流。s2)； T — 電機轉(zhuǎn)矩 (Ns2)； β— 沾滯系 數(shù)