IGBT的变频电源设计.pdfVIP

目 录 1 引言1 2 方案论证与比较3 2.1 SPWM 方案论证与选择3 2.2 驱动电路的设计方案论证与选择 4 3 系统组成5 4 单元电路的设计6 4.1 光电隔离电路设计 6 4.2 驱动电路设计 7 4.3 IGBT 电路设计8 4.3.1 IGBT 介绍8 4.3.2 桥式电路 9 4.4 低通滤波电路设计 10 4.5 电源电路设计 11 4.6 SPWM 单元电路12 4.6.1 SPWM 发展12 4.6.2 SPWM 波形生成方法13 4.6.3 ATMEGA8 单片机介绍14 4.6.4 ATMEGA8 单片机引脚及功能15 4.6.5 ATMEGA8 单片机的最小系统电路及软件流程17 4.7 电压采集单元电路 19 4.7.1 89S52 单片机的管脚说明19 4.7.2 ADC0809 介绍23 4.7.3 ADC0809 管脚说明23 4.7.4 ADC0809 电路及软件流程26 5 测试结果29 结 论30 参考文 31 附录 1 系统电路 32 附录 2 SPWM 程序33 附录 3 电压采集程序 37 致 谢41 I 1 引言 众所周知，我们所使用的市电频率是 50Hz，但是，在实际生活中，有时需要的 电源频率不是50Hz。电气化铁路是我国铁路发展的方向，25Hz 电源是电气化铁路区 段信号系统的关键设备。在航空航天领域大量使用的电源是 400Hz 的电源。由此可 以看出在很多场合，需要电源的频率并不是市电所提供的50Hz。结果造就变频电源 的产生。在现实生活中变频电源广泛应用于航空、机械、轻工等行业。1969 年世界 上诞生第一台逆变电源，由于其具有调节特性优良、而且体积小、重量轻、功耗低， 在电子和电气领域得到了迅速的推广应用。 逆变器从1969年发展到今天，经历了几十年的发展过程。其控制方法也出现了 许多，大致可以分为：变压和变频控制方法。目前采用较多的是变压中的脉宽调制 技术即PWM控制技术，即利用控制输出电压的脉冲宽度，将直流电压调制成等幅宽度 可变的交流输出电压脉冲，来控制输出电压的有效值、控制输出电压谐波的分布和 抑制谐波。PWM技术可以迅速地控制输出电压，及其有效地进行谐波抑制，它的动态 响应好，在输出电压质量、效率等诸方面有着明显的优点。 根据形成PWM波原理的不同，可以分为以下几种：矩形波PWM、正弦波SPWM、空 间相量PWM(SVM)、特定谐波消除PWM、电流滞环PWM等。这四类PWM波各有优缺点，因 而适用于不同的场合。 [1] SPWM的全称是Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脉冲宽度调制 ，简 称为SPWM,是调制波为正弦波、载波为三角波或锯齿波的一种脉宽调制法，它是1964 年由A.Schonung和H.Stemmler把通讯系统的调制技术应用到逆变器而产生的。后来 由Bristol大学的S.R. Bo wer等于1975年对该技术正式进行了推广应用。这项技术 的特点是原理简单，通用性强，控制和调节性能好，具有消除谐波、调节和稳定输 出电压的多种作用，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展 起了重要的推动作用。 传统的电源采用都是模拟控制系统，模拟控制经过多年的发展，己经非常成熟。 然而，模拟控制有着固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，所占体积 大，制造成本比较高；灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变；最 主要的是逆变电源不便于调试，大量的模拟元器件使其之间的连接相当复杂，从而 使系统的故障检测与维修比较困难。模拟器件的老化问题和不可补偿的温漂问题， 以及易受环境(如电磁噪声，上作环境温度等)干扰等因素都会影响控制系统的长期 稳定性。近年来高速MCU技术的成熟和普遍，与其采用哈佛结构、流水线操作，即程 1 序、数据