【正文】 意一 IGBT的 C 極電流大于過電流動作電流時間超過 10LLs 時， UM 將軟關斷，并且輸出過電流報警信號。當溫度下降到過熱復位網(wǎng)值時，電路自動恢復正常工作。無論什么原因，只要驅(qū)動電路電源電壓認 c 低于欠電壓 閡值 yuv 時間超過 10ms， IPM 就會關斷，同時輸出一個故障報警信號。 (1)驅(qū)動電路 ： 在 IPM內(nèi)部設置了高性能的驅(qū)動電路，具有出現(xiàn)故障后自動軟關斷 IGBT 的功能，同時，由于結構緊湊，驅(qū)動電路與 IGBT 之間距離極短，抗干擾能力強，輸出阻抗又很低，不需要加反偏壓，簡化了驅(qū)動電路電源，僅需提供 1 組下橋臂的公共電源和 3組上橋臂的獨立 “ 浮地 ” 電源。 圖 18 IPM輸出電流和電壓檢測 IPM 的主要特點 ： IPM 是將主開關器件、續(xù)流二極管、驅(qū)動電路、過電流保護電路、過熱保護電路和短路保護電路以及驅(qū)動電 源不足保護電路、接口電路等集成在同一封裝 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) 14 內(nèi)，形成的高度集成的智能功率集成電路。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為 0～50Hz，采用常規(guī)的電 流、電壓互感器無法滿足要求。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構 中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。 第四節(jié) 位 置檢測電路 位置檢測電路 的 位置檢測電路是執(zhí)行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的位置信號。 筆者采用一對 PM200DSA060 雙單元 IPM 模塊分別代替圖中 Vl、 D V D2組合和 V D v D4 組合構成全橋逆變電路 ,利用 DSP 對 IPM的控制 ,完成了中頻率 20kW、 230V 逆變器的設計和調(diào)試 ,采用了如上所述的驅(qū)動電路、中的緩沖電路和基于 DSP 控制的軟件 IPM保護電路?？刂齐娐吠瓿蓪δ孀儤蛑虚_關管的控制并實現(xiàn)部 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) 12 分保護功能。 6 IPM 在單相全橋逆變器中的應用 圖 17所示的單相全橋逆變電路主要由逆變電路和控制電路組成。緩沖電路要盡可能地靠近模塊 。 另外 ,由于母線電感、緩沖電路及其元件內(nèi)部的雜散電感對 IPM 尤其是大功率 IPM 有極大的影響 ,因此愈小愈好。二極管選用快恢復二極管。 圖 16 中的電阻值和電容值按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：如 PM200DSA060 的電容值為0． 221xF0． 47xF,耐壓值是 IGBT 的 1． 1 倍 1． 5 倍 ,電阻值為 10— 20,電阻功率按 P=fCU2xlO6 計算 ,其中 f 為 IGBT 工作頻率 ,u 為 IGBT 的工作峰值電壓。此時 ,緩沖電容器通過外接電阻器和 IGBT 開關 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) 11 放電 ,其儲存的開關能量也隨之在外接電阻器和電路、元件內(nèi)部的電阻器上耗散。 IGBT 集電極母線電感、電路及其元件內(nèi)部的雜散電感在 IGBT 開通時儲存的能量 ,這時儲存在緩沖電容器中。 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) 10 圖 16 常用的 IMP 緩沖電路 在圖 16 中 ,當 IGBT 關斷時．負載電流經(jīng)緩沖二極管向緩沖電容器充電 ,同時集電極電流逐漸減少 ,由于電容器二端的電壓不能突變．所以有效地限制 了IGBT 集電極電壓上升率 dv／ dt。若 同時配合使用圖16(a)所示的緩沖電路。圖 16(c)為 P型 RCD和 N型 RCD構成的緩沖電路 ,適用于大功率 IPM。圖 16(b)為 RCD 構成的緩沖電路 ,適用于較大功率 IPM．緩沖二極管 D可箝住瞬變電壓 ,從而抑制由于母線寄生電感可能引起的寄生振蕩。 圖 16 為常用的 3 種 IPM 緩沖電路。 以上 2種方案均利用 IPM 故障輸出信號封鎖 IPM 的控制信號通道．因而彌補了 IPM 自身保護的不足 ,有效地保護了器件。如在基于 DSP 控制的系統(tǒng)中．利用事件管理器中功率驅(qū)動保護引腳 (PDPINT)中斷實現(xiàn)對 IPM的保護。處理器確認后。封鎖各個 IPM 的控制信號．關斷 IPM．實現(xiàn)保護。與非門輸出為高電平。 3 態(tài)收發(fā)器選通 。再送到 3態(tài)收發(fā)器使能端 OE。具體硬件連接方式如下：在 PWM 接口電路前置帶控制端的 3態(tài)收發(fā)器 (如 74HC245)。 4 IPM 的保護電路設計 由于 ， IPM 本身提供的保護電路不具備自保護功能．所以要通過外圍硬件或軟件的輔助電路將內(nèi)部提供的： FO 信號轉(zhuǎn)換為封鎖 IPM 的控制信號．關斷 IPM,實現(xiàn)保護。 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) 8 圖 15 IPM 的外部驅(qū)動電路和引腳連接示意圖 圖 15的外部接口電路直接固定在 PCB 上且靠近模塊輸入腳．以減少噪聲和干擾． PCB 上布線的距離應適當 ,避免開關時干擾引起的電位變化。 FO 輸出光耦可用低速光耦 (如 PC817)?？稍?2kΩ~6 ． 8kΩ 內(nèi)選取。 Rl 根據(jù)控制電路的輸出電流選?。缬?DSP 產(chǎn)生 PWM．則 R1 的阻值可為330Ω 。其中每個開關管的控制電源端采用獨立隔離的穩(wěn)壓。 圖 15所示是一種典型的高可靠性 IPM 外部驅(qū)動電路方案。驅(qū)動電路輸出端的濾波電容不能太大．這是因為當寄生電容超過 100pF 時。防止干擾：驅(qū)動電源絕緣電壓至少是 IPM極間反向耐壓值的 2 倍 (2Vces)。但是． IPM對驅(qū)動電路輸出電壓的要求很嚴格：驅(qū)動電壓范圍為 13． 5V~16． 5V．電壓低于13． 5V 將發(fā)生欠壓保護．電壓高于 16． 5V 可能損壞內(nèi)部部件 。 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) 7 3 IPM 的外部驅(qū)動電路設計 IPM 的外部驅(qū)動電路是 IPM 內(nèi)部電 路和控制電路之間的接口 ,良好的外部驅(qū)動電路對以 IPM 構成的系統(tǒng)的運行效率、可靠性和安全性都有重要意義。為了保證 IPM 安全可靠。 IPM 將輸出故障信號 FO。根據(jù)內(nèi)部功率電路配置情況 ,IPM 有多種類型 ,如 PM200DSA060 型： IPM 為 D 型 (內(nèi)部集成 2 個 IGBT)．其內(nèi)部功能框圖如圖 13 所示 ,內(nèi)部結構如圖 14 所示。 2 IPM 的結構 IPM 由高速、低功率 IGWT、優(yōu)選的門級驅(qū)動器及保護電路構成。以 PM200DSA060 型 IPM 為例。該功率模塊集功率開關和驅(qū)動電路、制動電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護 以及報警輸出，是一種高性能的功率開關器件。該執(zhí)行機構主要適用功率小于 5． 5kW 的三相異步電機，其額定電壓為 380V，功率因數(shù)為 0． 75。由于本電路采用ＭＣＳ－５１ 單片機及三相ＰＷＭ集成電路ＳＡ８２８２來進行設計 ,因而其控制電路大為簡化 ,器件減少，結構緊湊，同時也進一步降低了成本 ,提高了可靠性 。過載保護程序的作用是在外接負載達到額定負載的１２０％時 ,能使系統(tǒng)在延時一段時間后關閉ＳＡ８２８２，以達到關斷ＩＧＢＴ輸出的目的。軟啟動決定著系統(tǒng)開機時輸出電壓由低逐漸升高的緩變過程。延時電路可保證死區(qū)間隔，其作用是在改變?nèi)我幌嘀袃蓚€開關器件的狀態(tài)時提供一個較短的延 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) 5 遲時間，以使這段時間里的兩個開關都處于關狀態(tài)，從而防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋臂開關元件出現(xiàn)共通（兩個開關在狀態(tài)轉(zhuǎn) 換期間造成直通短路）現(xiàn)象。 ＳＡ８２８２中的每相輸出控制電路均由脈沖取消和脈沖延時電路構成。數(shù)字方法則是按照不同的數(shù)字模型用 計算 機算出各切換點并將其存入內(nèi)存 ,然后通過查表及必要的計算生成ＰＷＭ波，因此數(shù)字方法受內(nèi)存影響較大 ,且與系統(tǒng) 精度之間存在著矛盾。 SA8282 是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息 ＳＡ８２８２的功能特點 ＰＷＭ控制技術是通過控制電路按一定 規(guī)律 來控制開關管的通斷 ,以得到一組等幅而不等寬 的矩形脈沖波形并使其逼近正弦電壓波形。模擬法電路復雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算 產(chǎn)生 PWM 波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。對 8751 機，可施加 21V 編程電源（ Vpp） 4)、輸入 /輸出引腳 ： P0P3：四個 I / O 口，每口 8線，共同 32 線 。 ALE / PROG ：地址鎖存控制端提供 1/6 fosc 振蕩頻率，輸入編程脈沖 EPROM PSEN：外部程序內(nèi)存的讀選 通信號端。 3)、控制或復位引腳 ： RST / VPD 兩個機器周期高電平，單片機復位。 MCS58031 單片 2 單片機外部引腳 圖 12 2 為 INTER MCS51 8031 單片機外部引腳結構圖 1)、主電源引腳 ： Vss、 Vcc。 ⑧ 中斷系統(tǒng) :五源中斷、 2級優(yōu)先。 ⑥ 定時 /計數(shù)器（ 16 位、加 1 計數(shù)） :計滿溢出、中斷標志置位、向 CPU 提出中斷請求，與 CPU 之間獨立工作 。 ④ 并行輸入 /輸出口（ I / O）（ 32 條） :作系統(tǒng)總線、擴展外存、 I / O 接口芯片 。 ② 只讀存儲器（ 4KB 或 8KB） :永久性存儲應用程序，掩模 ROM、 EPROM、 EEPROM。 控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設計 。單片機通過 8255 控制 PWM 波發(fā)生器，產(chǎn)生的 PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊 IPM，實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速以及閥位控制。執(zhí)行驅(qū)動部分主要包括三相伺報電機和位置傳感器。智能執(zhí)行機構從結構上主要分為控制 部分和執(zhí)行驅(qū)動部分。 關鍵詞 ： 電動執(zhí)行機構、閥門、位置控制 (機電一體化只能大流量電動執(zhí)行機構 ) Abstract The present paper presents a new type of electric actuators, the design of detailed introduces each functor selection and design, the valve position and speed control principle and all key the solution to the problem. The actuator valve, servo electrical mechanism ware xed, using 8031 technology to achieve the valve movement speed and position control, solved the valve, the valve accurate location of the flexible switch, limit position judgment, motor analog signal isolating and some other technical problems. Site operation shows that the electric actuators offer fast, protect perfect and easy and puter munication, etc. In modern production process control, actuators plays an extremely important role, it is the automatic control system indispensable constituent part. The existing domestic big flow of electric actuators exist control backward, mechanical transmission mechanism, plicated structure, and