基于87C196MH的车载逆变电源电路设计.pdfVIP

基于87C196MH的车载逆变电源电路设计 地铁和高速列车的使用，给人们带来方便的同时也存在着较大的隐患。由于其窗门都需要处 于密闭状态。若列车因发生电力故障而停留在隧道中，空调和排风设备会停止运行，进而严 重地影响乘客们的生命安全。现急需一种将蓄电池直流110V的电压逆变为三相230V/50 Hz的交流电源，为机车电力设备供电，以确保乘客生命安全。 1 1 11 系统结构 本设计巧妙地利用了高功率因数PWM控制芯片L4981A的Boost结构的功率校正电 路来实现直流升压变换器的设计。提出了一种以87C19MH为控制核心，以IPM为开关器 件的逆变电源的设计方案。逆变电源系统框图如图1所示，采用两级结构，第一级是DC/DC 变换器，第二级是DC/AC逆变器;DC/DC变换器将110 V直流电压变换成400 V直流电 压，DC/AC逆变器则将此直流电压逆变成有效值为230V频率为50Hz的交流电压，以带 动负载[1-2]。且系统具有输入过欠压、输出过流、缺相、负载短路、超温等保护功能。 2 DC/DC 2 DC/DC 22DDCC//DDCC电路设计 该逆变电源的第一级为DC/DC升压电路设计，采用Boost型APFC控制，升压电路 拓扑结构如图2所示。 Boost 型 APFC 升压控制电路设计应用集成控制芯片 L4981A，通过采样电阻 Rs(RS102，RS101)通过8、9两引脚采集系统输入电流;直流输入电压(VCCP+)经限流电 阻R17后，加到4脚，作为控制输入电流的跟踪信号;输入电压的有效值通过7脚送入乘法器， 以调节输入总功率的恒定;输出电压(VOUT)经R27、R28、W3(可调电位器)和R32分压 后，由14脚加到芯片内部的误差放大器的 输入端。以上4个信号作为L4981A芯片内部电 路控制方式的参考值，通过芯片结构内部的电压控制环路和电流控制环路，来实现双闭环的 调节。采集的输出电 压信号与L4981A芯片内部基准电压比较后，误差信号经过PI调节 送入乘法器，用来调节输出电压为一稳定值。电流误差信号经过调节后生成PWM脉冲信号 输出，L4981A的输出端(20脚)将输出的PWM控制IGBT管的导通和关断，通过外接振 荡器的定时电阻和电容来设定PWM开关频率，经过输出电容Ca滤波来实现直流输出。升 压后的输出电压VOUT经R29、R30、R31和W4(可调电位器)分压后加到3脚，当此管脚 的电压大于5.1 V时，即VOUT超过410 V时，L4981A将实现过压保护，输出将被强制 接地，来强制截至功率开关管[3-4]。 输入电流经R22后加到2脚，实现峰值电流限制。同时输出通过电压分压器来设定芯片 的欠压锁定开通 和关断阈值，通过欠压封锁控制端来控制是否欠压。当15脚的电压低于10 V时(Q3导通)，实现欠压封锁;当l5脚的电压高于15.5V时(Q3断开)，将正常起动，使电 源电压具有滞回功能。L4981A电路软启动的时间由E3的电容值决定。 3 DC/AC 3 DC/AC 33DDCC//AACC电路设计 车载逆变器主控芯片为Intel单片机87C196MH，由单片机87C196MH输出6路互补 SPWM信号为IPM提供驱动脉冲，将400 V直流电源逆变为三相230 V/50 Hz的交流电 源，为机车电力设备供电，主控电路结构如图3所示。 当单片机上电启动后首先经历一个软启动过程，该过程中单片机主要完成检测输入电压 过欠压、输入电流过流和IPM电流过流故障。若无故障，则单片机根据输出电压反馈值调 整SPWM的载波频率和调制比，使输出电压稳定。 当输出电压稳定后，单片机启动缺相保护，检测输出电压是否跌落。如果发生缺相故障， 单片机将停止输 出驱动脉冲，并且点亮软件故障指示灯。同时，当逆变电路正常工作的同 时，单片机继续实时检测其他故障情况，一旦发生故障将停止输出SPWM信号并点亮故障 指示灯，进入软件保护状态。这样保证了逆变电源工作在安全状态。 3.1 3.1 33..11 单片机控制系统设计 单片机通过地址总线和数据总线分别控制片外EPROM和锁存器，其中8位数据总线和 14位地址总线 的低8位分时复用。EPROM 存放单片机程序，当单片机上电后将运行 EPROM中的程序。锁存器起到数据暂存作用，当读取 EPROM某个地址中的程序时， 先 由单片机对EPROM进行地址操作，然后通过锁存器暂存地址总线的低8位，此时它们作为 8位数据总线将选定