【正文】 清零 )，與降序記數(shù)的 TCNT1 匹配時(shí)清零 ( 或置位 )。設(shè)置 COM1x1:0 為 2 可以產(chǎn)生普通的 PWM 信號(hào)；為 3 則可以產(chǎn)生反向 PWM 波形。比較匹配發(fā)生時(shí)， OC1x 中斷標(biāo)志將被置位。方框圖同時(shí)包含了普通的 PWM輸出以及反向 PWM 輸出。圖中給出了當(dāng)使用 OCR1A 或 ICR1 來(lái)定義 TOP 值時(shí)的相 頻修正 PWM模式。在一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘里 TCNT1值等于 TOP值。最小分辨率為 2比特 15 (ICR1 或 OCR1A 設(shè)為 0x0003)，最大分辨率為 16 位 (ICR1 或 OCR1A 設(shè)為 MAX)。本系統(tǒng)采用相位與頻率修正 PWM模式。而 16位的 T/C可以實(shí)現(xiàn)精確的程序定時(shí)（事件管理）、波形產(chǎn)生和信號(hào)測(cè)量，具有允許 16位的 PWM、 2個(gè)獨(dú)立的輸出比較單元、雙緩沖的輸出比較寄存器、比較匹配發(fā)生時(shí)清楚寄存器（自動(dòng)重載）、無(wú)干擾脈沖，相位正確的 PWM、可變的 PWM周期等特點(diǎn)。 PWM波形產(chǎn)生 PWM波形流程圖如圖 52。從而能夠得到穩(wěn)定的輸出信號(hào)。不推薦直接將未用引腳與 VCC 或 GND 連接，因?yàn)檫@樣可能會(huì)在引腳偶然作為輸出時(shí)出現(xiàn)沖擊電流。但要注意的是復(fù)位時(shí)上拉電阻將被禁用。 端口引腳配置 DDxn PORTxn PUD (in SFIOR) I/O 上拉電阻說(shuō)明 0 0 X 輸入 No 高阻態(tài) (HiZ) 0 1 0 輸入 Yes被外部電路拉低時(shí)將輸出電流 0 1 1 輸入 No高阻態(tài) (HiZ) 1 0 X 輸出 No輸出低電平 ( 漏電流 ) 1 1 X 輸出 No輸出高電平 ( 源電流 ) 如果有引腳未被使用，建議給這些引腳賦予一個(gè)確定電平。 當(dāng)引腳配置為輸入時(shí)，若 PORTxn 為 1“，上拉電阻將使能。 PORTn：從 引腳輸出信號(hào)，當(dāng) DDRn為 1時(shí)，可以通過(guò) PORTn＝ x等端口操作語(yǔ)句給引腳輸出賦值。 DDRn PORTn PINn 解釋?zhuān)?n為端口號(hào)： ABCDE DDRn：控制端口是輸入還是輸出， 0為輸入， 1為輸出。這也是 AVR的一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，只是操作時(shí)大家注意 DDRn就可以了。 主程序 圖 51 總體流 程圖 14 總體程序流程圖如圖 51所示。但在設(shè)置過(guò)程中要小心謹(jǐn)慎，以免鎖死單片機(jī)。 在仿真時(shí)還需要對(duì)熔絲位進(jìn)行配置，進(jìn)行此 配置對(duì) AVR的內(nèi)部資源進(jìn)行分配。 這樣，我們就可以在編輯窗口中編寫(xiě)程序了。接著選擇調(diào)試平臺(tái)， AVR Studio 4軟件可以讓客戶(hù)選擇多種開(kāi)發(fā)調(diào)試工具。我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目，點(diǎn)擊“ Create New Project”按鈕。 啟動(dòng) AVR Studio 4 的方式如下：點(diǎn)擊 開(kāi)始 〉程序 〉 ATMEL AVR工具。下面介紹一下它的開(kāi)發(fā)步驟。 13 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) AVR軟件開(kāi)發(fā)工具的介紹 AVR軟件開(kāi)發(fā)工具有很多，包括 AVR STUDIO IAR、 AtmanAvr等。以上各量可由下式求得 ? ?)13()(33)12()/()11()/(1............122212........................................................................................................................2RULUCRIPILLIULCUcf c o H Rffo n H Rmn HRo n H Rn HR???????????????????????? 式中 UonHR為濾波前變頻器輸出電壓 n次諧波含有率； IonHR為濾波前變頻器輸出電流 n次諧波含有率； UfcoHR為濾波前載波頻率附近電壓諧波含有率。由濾波器的單相等效電路可得 )4(/)//(/)3(//)2(/)//(/)1(//..............1..............................................101........................12...............................................fmffPmimfumfZZZZUIHZZIIHZZZUUHZZLjZ???????????????? 式中 ?10I 為未加濾波器時(shí)變頻器輸出電流： CjRZLjRZ fmmm ?? /1。 [13]低壓變頻器濾波器設(shè)計(jì)已經(jīng)較為成熟，理論上 L和 C的值足夠大，就 可以使輸出電壓波形非常接近正弦，但在容 11 量較大的中壓變頻器濾波器設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮基波壓降、有功損耗、電流諧波和諧振等問(wèn)題。圖 44(b)為濾波器的單相等效電路。同樣，在 0u 的負(fù)半周，讓 S2 保持通態(tài)， S1保持?jǐn)鄳B(tài)， S1和 S4交替通斷，負(fù)載電壓 0u 可以得到 E? 和零兩種電平。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為 S1和 S4導(dǎo)通時(shí)，因 oi 為負(fù)，故 oi 實(shí)際上從 D1和 D4流過(guò)，仍有 Euo? ； S4關(guān)斷， S3開(kāi)通后， oi 從 S3和 D1續(xù)流， 00?u 。由于負(fù)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(fù)。 S1S2S3S4D1D2D3D4調(diào)制電路調(diào) 制 波載 波UrUcU g e 1U g e 2U g e 3U g e 4 L RLCUoE 圖 43 單相橋式電壓型逆變電路 設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí) S1和 S2的通斷狀態(tài)互補(bǔ)， S3和 S4的通斷狀 態(tài)也互補(bǔ)。 3）柵極驅(qū)動(dòng)功率 IGBT要消耗來(lái)自柵極電源的功率，其功率受柵極驅(qū)動(dòng)負(fù)、正 偏置電壓的差值Δ UGE、柵極總電荷 QG 和工作頻率 fs的影響。數(shù)值較小的電阻使柵極電容的充放電較快，從而減小開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗。 2）串聯(lián)柵極電阻（ Rg）選擇適當(dāng)?shù)臇艠O串聯(lián)電阻對(duì) IGBT柵極驅(qū)動(dòng)相當(dāng)重要。但是，為了保證 IGBT在集電極、發(fā)射極電壓上出現(xiàn) dv/dt噪聲時(shí)仍保持關(guān)斷，必須在柵極上施加一個(gè)反向關(guān)斷偏壓，采用反向偏壓還減少了關(guān)斷損耗。在任何情況下，開(kāi)通時(shí)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，應(yīng)該在 12～ 20V之間。圖 42為 TLP250的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 1 82 73 64 5T L P 25 0RCCI N 47 33R+ 3 0 VC O NpyRP W M 圖 41 典型的 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)電路 TLP250包含一個(gè) GaAlAs光發(fā)射二極管和一個(gè)集成光探測(cè)器， 8腳雙列封裝結(jié)構(gòu)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)不是正弦波時(shí)，也能得到與調(diào)制信號(hào)等效的 PWM波形。希望輸出的信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的三角波稱(chēng)為載波。但在實(shí)際應(yīng)用中，人們常采用正弦波與等腰三角波相交的辦法來(lái)確定各矩形脈沖的寬度。 從理論上講，在給出了正弦半波頻率、幅值和 半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，脈沖波形的寬度和間隔便可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。逆變器的輸出電壓為 PWM波形時(shí)，其低次諧波得到很好地抑制和消除，高次諧波又能很容易濾去，從而可得到崎變率極低的正弦波輸出電壓。可以看出，該 PWM波形的脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化，稱(chēng)為 SPWM波形。把幅值為 Ud的矩形波 u0展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得 ...)5s i n513s i n31(s i n40 ???? ???? tUu d 其中基波幅值 UO1m和基本有效值 Uo1分別為 ddmo UUU ?? ? ddo UUU ?? ? 8 PWM控制技術(shù)的基本原理 圖 34 PWM 波形 如圖 34(a)所示，我們將一個(gè)正弦波半波電壓分成 N等分，并把正弦曲線(xiàn)每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來(lái)代替，且矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦等份的中點(diǎn)重合，得到如圖 34(b)所示得脈沖列，這就是 PWM波形。 單相全橋電壓型逆變電路的原理圖如圖 33所示，它共有 4個(gè)橋臂，橋臂 1和 4作為一對(duì)，橋臂 2和 3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通 180o。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。在本文中，我們主要討論單相電壓型逆變電路的基本構(gòu)成、工作原理和特性，圖 33為其電路。 在上述四種換流方式中，器件換流只適應(yīng)于全控型器件，其余三種方式主要是針對(duì)晶閘管而言。設(shè)置附加的換流電路，由換流電路內(nèi)的電容提供換流電壓，稱(chēng)為脈沖換流，有時(shí)也稱(chēng)為強(qiáng)迫換流或電容換流。由負(fù)載提供換流電壓，凡是負(fù)載電流的相位超前電壓的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。整流電路 的換流方式就是電網(wǎng)換流。 (2)電網(wǎng)換流。 一般來(lái)說(shuō)，換流方式可分為以下幾種： (1)器件換流。全控型器件可以用適當(dāng)?shù)目刂茦O信號(hào)使其關(guān)斷，而半控型晶閘管，必須利用外部條件或采取一定的措施才能使其關(guān)斷。在換流過(guò)程中，有的臂從導(dǎo)通到關(guān)斷，有的臂從關(guān)斷到導(dǎo)通。上面是 S1S4均為理想開(kāi)關(guān)時(shí)的分析，實(shí)際電路的工作過(guò)程要復(fù)雜一些。這時(shí)負(fù)載電流從直流電源負(fù)極流出，經(jīng) S負(fù)載和 S3流回正極，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到 t2時(shí)刻降為零，之后 i0才反向并逐漸增大。在 t1時(shí)刻斷開(kāi) S S4，同 時(shí)合上 S S3，則u0的極性立刻變?yōu)樨?fù)。當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)， i0相位滯后于 u0，兩者波形的形狀也不同，圖 31(b)給出的就是阻感負(fù)載時(shí) i0波形。這就是逆變電路的最基本的工作原理。當(dāng)開(kāi)關(guān) S S4閉合， S S3斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓 u0為正；當(dāng)開(kāi)關(guān) S S4斷開(kāi)， S S3 閉合時(shí)， u0為負(fù)，其波形如圖 31(b)所示。然而，由于 IGBT控制峰值電流能力比 VDMOS強(qiáng)，因此在有些應(yīng)用中可不用緩沖電路。 (2)過(guò)電壓保護(hù) 利用緩沖電路能對(duì) IGBT 實(shí)行 過(guò)電壓抑制并抑制過(guò)量的電壓變化率 dU/dt。 ②當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流故障信號(hào)時(shí)，立即將柵壓降到某一電平，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，在定時(shí)器到達(dá)設(shè)定值之前，若故障消失，則柵壓又恢復(fù)到正常工作值；若定時(shí)器到達(dá)設(shè)定值時(shí)故障仍未消除，則把柵壓降低到零。通常的做法是： ①切斷柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 (1)過(guò)電流保護(hù) IGBT 應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，對(duì)于正常過(guò)載（如電機(jī)起動(dòng)、濾波電容的合閘沖擊以及負(fù)載的突變等）系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，不至于損壞 IGBT。 IGBT的保護(hù) IGBT與電力 MOSFET管一樣具有極高的輸入阻抗，容易造成靜電擊穿，故在存放和測(cè)試時(shí)應(yīng)采取防靜電措施。 導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻 Ron減小，使通態(tài)壓降減小。 IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與功率 MOSFET基本相同，為場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓 UGE決定。 為了抑制寄生晶體管的工作， IGBT采用盡量縮小 P＋ NP晶體管的電流放大系數(shù)α設(shè)計(jì)在。通過(guò)輸出信號(hào)已不能進(jìn)行控制。 該電子為 P+NPN+晶體管。在電機(jī)控制、中頻電源、各種開(kāi)關(guān)電源以及其他高速低損耗的中小功率領(lǐng)域， IGBT 有取代 GTR 和 VDMOS的趨勢(shì)。 IGBT 于 1982 年開(kāi)始研制， 1986年投產(chǎn)，是發(fā)展很快而且很有前途的一種混合型器件。 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 此系統(tǒng)是由 ATMEGA16產(chǎn)生兩路 PWM波，分別使得兩組 TLP250在不同的時(shí)間段內(nèi)互相導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)兩組 IGBT互相處于工作狀態(tài)，則可以產(chǎn)生方向不同的波形，再通過(guò)濾波器進(jìn)行濾波處理，最終會(huì)輸出一路正弦波即交流信號(hào)。 系統(tǒng)整體框 圖 經(jīng)過(guò)細(xì)致的分析與論證，我將本系統(tǒng)的細(xì)化，分為幾個(gè)簡(jiǎn)單的模塊，再將各個(gè)模塊進(jìn)行統(tǒng)籌結(jié)合。一般負(fù)偏置電壓選一 5V為宜。用此 IGBT時(shí)只需解決在關(guān)斷時(shí)不會(huì)造成浪涌電流過(guò)大就可以了。 因?yàn)槿粽蝌?qū)動(dòng)電壓過(guò)大則負(fù)載短路時(shí)其短路電流 IC隨 UGE增大而增大，可能使 IGBT出現(xiàn)擎住效應(yīng)，導(dǎo)致門(mén)控失效，從而造成 IGBT的損壞；若正向驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)小會(huì)使 IGBT退出飽和導(dǎo)通區(qū)而進(jìn)入線(xiàn)性放大區(qū)域，使 IGBT過(guò)熱損壞。在驅(qū)動(dòng)電路中主要研究 IGBT的飽和導(dǎo)通和截止兩個(gè)狀態(tài)，使其 4 開(kāi)通上升沿和關(guān)斷下降沿都比較陡峭。 IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷是由柵極電壓 UGE來(lái)控制的，當(dāng) UGE大于開(kāi)啟電壓 UGE(th)時(shí) IGBT導(dǎo)通，當(dāng)柵極和發(fā)射極間施加反向或不加信號(hào)時(shí)， IGBT被關(guān)斷。 因此，我們采用方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。