【正文】 位初始化寄存器和24 位控制寄存器構成。③ 工作頻率范圍寬、精度高SA8282 的三角載波頻率可調，當時鐘頻率為12. 5MHz 時，載波頻率最高可達24kHz，輸出調制頻率最高可達4kHz ，輸出頻率的分辨率為12 位。② 工作方式靈活 SA8282 具有六個標準的TTL 電平輸出端，可以驅動逆變器的六個功率開關器件。圖48 SA8282引腳圖(1) SA8282的特點① 全數(shù)字化SA8282 與微處理器相連時，可自動適應Intel 和MOTOROLA 兩種總線接口，而且編程簡捷方便。CLK：時鐘信號輸入端。SET TRIP：關斷觸發(fā)信號輸入端，當輸入為高時，TRIP 及六個PWM輸出端將被迅速鎖存在低電平狀態(tài)，且只有在RST復位時才能解除。RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB：標準TTL 電平輸出端口(即PWM驅動信號) ，可分別驅動三相逆變器的六個功率開關器件。RST：復位端，低電平有效。圖48所示是其引腳排列圖,其各引腳的功能說明如下：AD0～AD7 : 八位地址與數(shù)據(jù)復用總線, 用于從微處理器接受地址與數(shù)據(jù)信息。電路中一般要加地址鎖存器74LS373鎖存低位地址，實現(xiàn)模/數(shù)通道的正確選擇和數(shù)據(jù)的正確轉換。ADC0809的時鐘輸入頻率為500KHz，由AT89C51的ALE信號經74LS73二分頻后得到。大概10Ous以后，轉換結束，EOC信號變?yōu)楦唠娖?。，構成ADC0809的啟動轉換信號(START)和鎖存信號(ALE)，鎖存信號首先將地址ADDC，ADDB，ADDA鎖存，選中8路模擬輸入通道中的某一路，然后啟動信號將A/D轉換器的逐次逼近寄存器復位并開始轉換。用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。 OE——輸出允許信號。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。EOC——轉換結束信號。ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間，START應保持低電平。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7～IN0——模擬量輸入通道。圖46 ADC0809引腳圖ADC0809將采樣得到的電壓和電流值進行模數(shù)轉化后，送入單片機進行處理，以確保輸出電壓的精確性。(2) A/D轉化電路 由于采樣得到信號是模擬信號，必須進過A/D轉化后才能送入單片機中進行處理。20mVVOT失調電壓溫漂 IP=0 TA =25～+85℃ 177。15V 20mAVd絕緣電壓表43 動態(tài)參數(shù)εL 線性度 1%FSV0零點失調電壓TA =25℃ 177。15（177。1%VVC電源電壓177。圖45 霍爾電流傳感器示意圖本系統(tǒng)采用霍爾系列電流傳感器CS600B系列，具體應用參數(shù)見下：表42 電參數(shù)型號CS050B單位IPN原邊額定輸入電流50AIP原邊電流測量范圍 0~177。利用這一原理可以設計制成霍爾電流傳感器。上述效應稱為霍爾效應，它是德國物理學家霍爾于1879年研究載流導體在磁場中受力的性質時發(fā)現(xiàn)的。② 使用元件及工作原理 本系統(tǒng)采用霍爾傳感器，在電力電子技術中，霍爾傳感器是比較理想的的快速檢測元件，霍爾傳感器以霍爾效應為其工作基礎，它在工業(yè)生產、交通運輸和日常生活中有著非常廣泛的應用。表41 P3口各引腳與第二功能表引腳第二功能信號名稱RXD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0申請外部中斷1申請T0定時/計數(shù)器0的外部輸入T1定時/計數(shù)器1的外部輸入外部RAM寫選通外部RAM讀選通圖43 單片機AT89C51引腳圖 單片機是脈沖發(fā)生電路的控制中心，主要用于完成對SA8282 的初始化和輸出脈寬控制、頻率控制, 同時完成閉環(huán)控制算法的運算及數(shù)據(jù)處理、模擬信號與數(shù)字信號的檢測以及保護功能的邏輯判斷等[8]。VSS：地線。XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。RST：復位信號。：訪問程序存儲控制信號。：外部程序存儲器讀選通信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離?！妷航o定＋單片機PI算法SA8282SPWM驅動器逆變器A/D圖42 單片機通過SA8282實現(xiàn)逆變電源閉環(huán)控制本設計采用單片機AT89C51是一種帶4字節(jié)閃爍可編程可擦除的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，有40個引腳，共分為電源線，接口線和控制線三類，其中接口線分為P0、PPP3,系統(tǒng)中僅用P0口進行數(shù)據(jù)交換，其管腳功能如下： ～ ： P08位雙向口線； ～ ：P18位雙向口線； ～ ：P28位雙向口線； ～ ：P38位雙向口線。 控制SA8281 的復位引腳RST。這樣，就可以控制輸出PWM 信號，并通過EXB840驅動模塊直接驅動IGBT管。P0口主要用于與ADC0809之間進行數(shù)據(jù)交換和給SA8282傳輸初始化數(shù)據(jù)并根據(jù)運算的結果調整SA8282的輸出。A／D轉換結果經單片機處理后，可完成對SA8282的初始化、輸出脈沖控制、頻率控制，同時完成閉環(huán)控制算法的運算及數(shù)據(jù)處理等功能。由于SA8282和單片機共用一個石英晶體振蕩器， 故同步性能穩(wěn)定,漂移小。圖38 有吸收和無吸收電路的比較4．控制電路設計 控制電路硬件設計該逆變器的控制電路主要由AT89C51單片機最小系統(tǒng)和SA8282 三相PWM 發(fā)生器構成。IGBT在應用時，其電壓上升不能太慢，但也不宜太快，電壓上升速率太高，需要較重的吸收電路才能使IGBT正常工作，但同時也增大了開關應力，使器件壽命縮短。本系統(tǒng)的主電路吸收電路如圖3—7所示。在有緩沖電路的情況下，IGBT開通時緩沖電容C先通過R向IGBT放電，使電流先上一個臺階，以后因為有抑制電路的R，的上升速度減慢。緩沖電路可以分為關斷緩沖電路和開通緩沖電路。當MOSFET 的溝道形成后，從P+ 基極注入到N－層的空穴（少子），對N－層進行電導調制，減小N－層的電阻，使IGBT 在高電壓時，也具有低的通態(tài)電壓。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關斷。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極。在漏、源之間的P 型區(qū)，稱為亞溝道區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極。GE圖36所示為一個N 溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結構，N+ 區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極。IDRon。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。否則，將會使IGBT 常失效，甚至無法工作[7]。而在撟式電路中，IGBT的吸收電路對其能否正?？煽渴褂闷鹬陵P重要的作用。其逆變電路的預期工作波形如圖35所示。而每一個門極的控制脈沖的占空比都是隨著正弦波變化的，并且6個IGBT的導通順序是l23456，所以，輸出三相對稱的交流電，系統(tǒng)要求此交流電的幅值是380V，頻率是50Hz。輸入直流電壓首先經LC電路濾波，使輸入電壓平滑地加在開關管的源極和漏極。該逆變電路較適用于三相對稱負荷場所；但三相不對稱而出現(xiàn)中心點漂移后，可以通過增加一個橋臂來進行調整，從而組成了三相四橋臂逆變電路；也可以采用三個獨立的單相逆變器經過一定的連接方式組成三相逆變系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以三相對稱運行，也可以單相獨立運行。 主電路原理圖及工作原理本系統(tǒng)的主電路為 DC AC 逆變電路，輸入直流電壓供給逆變器，主電路開關器件采用六個 IGB T 模塊和吸收電路來構成三相逆變器主電路。(5) 輔助和保護電路輔助電路包括控制系統(tǒng)所需的各種電源等電路。圖33給出了逆變器的數(shù)字控制電路基本框圖；數(shù)字信號輸入和模擬信號輸入指各種反饋量，以及保護、檢測量等信號，單片機檢測到各種信號后，根據(jù)預先設定的程序或控制策略進行計算，然后通過數(shù)模轉化輸出控制信號，經放大后控制高頻電力電子電路來實現(xiàn)DCAC變換，交流輸出經變壓器變換后即可得到所需交流電。逆變控制電路的形式多種多樣，從大的方面講，有模擬電路和數(shù)字電路（包括基于單片機的控制系統(tǒng)）。該部分電路一般有低通濾波電路組成，當輸出側接有變壓器時，也可以利用變壓器的電感進行濾波。本系統(tǒng)采用直流電，因為直流電波動比較大，所以要增加電容濾波電路來穩(wěn)壓。圖25 XC164構成的驅動電路3．主電路設計 特種逆變電源的原理本逆變電源的設計，由輸入電路、逆變主電路、輸出電路、采樣電路、控制電路、驅動電路、輔助電路和保護電路組成，基本的結構框架和關系如圖31所示。譬如：AVR單片機AT90PWM2，DS87C550以及Infinenon公司的C504，XC164等單片機。為了進一步簡化結構、提高運算效率、降低成本、減少外圍硬件電路，近年來，出現(xiàn)了多種專門產生PWM 的單片機。這種方法實際上是用階梯波代替正弦波，只要 n足夠大，精度是可以保證的，但計算量要比自然采樣小得多。圖2—4示出了一種常用的規(guī)則采樣算法。這種方法所求得等效面積精確，但要求解復雜的數(shù)學方程，計算量大，難以用單片機實時計算，工程實現(xiàn)難度較大。(2) 自然采樣法自然采樣法源于模擬控制方法，計算正弦調制波與三角波的交點，從而求出相應的脈沖寬度和脈沖間歇時間，生成SPWM 波形，其原理如圖23所示。N的多少就意味著SPWM 信號的調制頻率高低，調制頻率越高正弦波的波形越好，但頻率的選擇又受元件頻率特性的限制。其方法是把半個周期的正弦波分成N等份，然后把每一份正弦曲線段與橫軸所包圍的面積都用與之相等面積的等高矩形脈沖來代替，即相對應的同一時間段內矩形脈沖波面積的代數(shù)和與正弦波和橫軸所包圍的面積相等。也就是說，只要按正弦規(guī)律變化，SPWM 就可以輸出正弦電壓；越寬，輸出的電壓值越高，根據(jù)這一規(guī)律，出現(xiàn)了多種形成SPWM 的具體技術[6]。等效原理是，每個矩形脈沖面積與對應位置正弦波面積相等。當調制波為正弦波時，輸出矩形脈沖序列的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，這種調制技術通常叫做正弦脈寬調制(Sinusoida，SPWM)技術[5]。所謂PWM脈寬調制技術（Puls Width Modulation，PWM），是一種參考波（通常是正弦波，有時也采用梯形波或注入零序諧波的正弦波或方波等）為調制波（Modulating Wave），而以N倍于調制波頻率的三角波為載波（Carrier Wave），進行波形比較，而調制波大于載波的部分產生一組幅值相等，而寬度正比于調制波的矩形脈沖序列用來等效調制波，并用開關量取代模擬量，并通過對逆變器的開關的通/斷控制，把直流電變成交流電，這種技術就叫做脈寬控制逆變技術?；拘偷姆讲孀兤麟娐泛唵危敵鲭妷翰ㄐ蔚闹C波含量過大，亦即THD過大，移相多重疊加逆變器輸出電壓波形的諧波含量小，亦即THD小，但電路較復雜。 逆變技術的種類很多，可以按不同的標準進行分類： (1) 按輸入電量的形式：電壓型逆變、電流型逆變； (2) 按交流輸出的相數(shù)：單相和三相逆變、多相逆變； (3) 按主電路使用的開關器件：MOSFET逆變、IGBT逆變、GTO逆變、IGCT逆變； (4) 按主電路的拓撲結構：推挽式逆變、半橋式逆變、全橋式逆變； (5) 按輸出交流電量的波形：正弦波逆變、非正弦波逆變； (6) 按功率半導體開關的工作模式：硬開關逆變、軟開關逆變。此后，掀起了全球性研究軟開關逆變技術的熱潮。1970年，N．O．Sokal提出了電壓諧振技術，這兩項技術都是用LC于開關器件共同組成一個串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路，利用回路在一個開關周期中全諧振使器件工作在零電流轉換（并聯(lián)諧振）或零電壓轉換（串聯(lián)諧振）的軟開關狀態(tài)，從而把開關損耗減小到零，這就是最早的軟開關技術。此外，導體的集膚效應和鄰近效應，電容的ESR及磁元件的寄生參數(shù)等問題都需要解決，其中最主要的就是開關損耗和電磁干擾問題。為了減少輸出變壓器和交流濾波器的體積重量、提高逆變器的功率密度，高頻化仍然是主要的發(fā)展方向之一，如提高SPWM逆變器的開關頻率，采用交流傳動用變頻器的內高頻環(huán)等。逆變技術作為現(xiàn)代電力電子技術的重要組成部分，正成為電力電子技術中發(fā)展最為活躍的領域之一，其應用已滲透到國民經濟的各個領域和人們生活的方方面面。逆變器在新能源的開發(fā)和利用領域有著至關重要的地位[4]。逆變器廣泛應用于以直流發(fā)電機、蓄電池、太陽能電池和燃料電池為主直流電源的逆變場合。這樣，就把直流電變成了交流電，改變兩組開關的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。圖21 單相半橋式逆變原理圖圖中～是橋式電路的4個臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。逆變的基本思想是利用電力電子器件的開關特性，通過控制其導通與關斷來獲得交流電。 逆變的基本原理 逆變器是整流器的逆向變換器，其作用是通過半導體開關器件（