基于单片机PWM控制逆变电源的设计输送车

基于单片机PWM控制逆变电源的设计

基于单片机PWM控制逆变电源的设计 2011： 摘 要：设计了一种基于AT89C51控制SA4828的逆变电源，它采用IGBT作为功率器件， IR2110作为IGBT的驱动芯片，并采用恒 U/F的控制策略。

关键词：单片机 脉宽调制 逆变电源

中图分类号：TB114.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2006）05-0172-02

一、引言

近年来，随着各行各业的技术水平和操作性能的提高，对电源品质的要求也在不断提高。为了高质量和有效地使用电能，许多行业的用电设备都不是直接使用交流电网提供的交流电作为电能源，而是根据用电设备的要求采用电力电子技术对电能进行变换，从而得到各自所需的电能形式。其中，把直流电变成交流电的过程叫做逆变。这种能量的变换对节能、减小环境污染、改善工作条件、节省原材料、降低成本和提高产量等方面均起着非常重要的作用。

目前，逆变电源大多采用正弦波脉宽调制，即所谓的SPWM技术。其控制电路大多采用模拟方法实现，模拟控制技术虽然已经非常成熟，但其存在很多固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，体积较大，灵活性不够等。所以逆变电源数字化控制是发展的趋势，是现代逆变电源研究的一个热点。

本论文主要目的是设计一种全数字化三相PWM逆变电源。三相SPWM发生器是逆变电源的核心部分，它的性能好坏，直接关系到整个逆变电源的工作状况。鉴于以80C196MC或TMS320LF240为核心组成的控制电路，能实现电源的全数字化控制，但系统较复杂，软件工作量大，研制周期长。在本设计中，我们选用了AT89C51控制MITEL公司的SA4828芯片作为波形发生器。

图1 系统图

二、系统结构

功率流程：市电输入经输入保护电路滤除噪声后，进行整流、滤波变成直流电压，然后这个直流电压输入到桥式逆变电路。PWM发生器在单片机的控制下，通过驱动电路对输出脉冲进行调制就可改变输出电压和频率，再经输出变压器隔离后供给负载。

主电路中根据磁路集成原理，将变压器和滤波电感集成为一个磁性元件，再在变压器的次级并以适当的电容，组成滤波网络以获得正弦波形输出。

整个电路分为五大部分：整流滤波、全桥逆变电路、驱动电路以及将单片机控制PWM产生器的控制电路和保护电路。另外在输入和输出端还有输入滤波和输出滤波电路。

三、逆变电路

逆变器是整个系统的核心，本方案采用电压型全桥电路，如图2所示：

功率开关器件是逆变电源的核心之一，逆变电源的发展和应用依赖于功率电子器件的发展．功率电子器件的大功率化、高的可靠性和控制性能是逆变电源得以应用的重要条件．现阶段常用的功率开关器件有功率晶体管、功率场效应管和IGBT。IGBT是一种复合型半导体器件，具备功率晶体管和功率场效应管两者的优点．它的特点是速度快、输人阻抗高、容易控制、通态电压低、耐压性好和电流容量大。

图2 主电路

本实验功率器件选用日本富士（FUJI）公司第三代U系列IGBT模块，型号为2MBI100N-060，其耐压可达600V，集电极最大允许电流100A，安全工作区较宽，驱动功率小、开关频率高、饱和压降低。另外该模块还具有带过流控制、滤波器体积小、噪声低、易散热、可靠性高等特点。2MBI100N-060内部等效电路如图3所示：

图3 2MBI100N-060内部等效电路

该模块内含有两个IGBT，其中一个的发射极与另一个的集电极相连，形成全桥电路的一个桥臂。因此，在本方案中，逆变桥只需要用三个这样的模块并联即可组成。

驱动电路采用IR2110构成IGBT的驱动电路，该驱动电路实现了抗干扰能力强、速度快等优异特点。

四、控制电路

控制电路主要实现以下功能：

1．控制逆变器的SPWM驱动信号。

2．过流、过压、过热、短路保护

本电路采用大规模集成电路芯片SA4828与单片机AT89C51相结合的方式生成三相可控的SPWM波形，应用中SA4828相当于微处理器的一个可读写的外设。

SA4828 数字化PWM发生器可为静止逆变器、UPS电源及其他需要精确的电源波形发生器的电子设备提供驱动波形。提供三种可选的标准波形（正弦波、马鞍波、Deadbanded高效波）

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