現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)目錄一、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源總體方案設(shè)計(jì)111設(shè)計(jì)任務(wù)與要求112總體方案論證與設(shè)計(jì)1二、主電路設(shè)計(jì)及元器件選型221主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇222IGBT管的選型323交流側(cè)電感設(shè)計(jì)324直流側(cè)電容設(shè)計(jì)4三、控制電路設(shè)計(jì)及元器件選型531本設(shè)計(jì)采用的控制方式532檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)533調(diào)制比M的確定634電流PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)735電壓PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)936保護(hù)電路設(shè)計(jì)12四、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)1441驅(qū)動(dòng)芯片選型1442驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)14五、控制軟件流程15六、設(shè)計(jì)總結(jié)17一、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源總體方案設(shè)計(jì)11設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（一）設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。基本技術(shù)參數(shù)為輸入電壓三相380VAC；輸出電壓0550VDC連續(xù)可調(diào)；最大輸出電流DC200A；輸出電壓紋波因數(shù)10。（二）設(shè)計(jì)要求（1）、確定主電路設(shè)計(jì)方案，完成主電路參數(shù)計(jì)算，并確定主電路元器件選型；（2）、完成控制電路設(shè)計(jì)并確定相關(guān)元器件選型；（3）、研究確定該電源電路的有效控制方法，要求提供控制策略的原理框圖、控制參數(shù)的確定及相關(guān)模型的建立等；（4）、提供控制軟件的設(shè)計(jì)流程并說明其基本原理；（5）、總結(jié)。12總體方案論證與設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)輸入為交流電的可調(diào)直流電源，因此從本質(zhì)上來說是要設(shè)計(jì)一個(gè)整流電路。在所有電能基本轉(zhuǎn)換中，整流是最早出現(xiàn)的一種，自20世紀(jì)20年代迄今已經(jīng)歷以下幾種類型旋轉(zhuǎn)式變流機(jī)組、靜止式離子整流器和靜止式半導(dǎo)體整流器。旋轉(zhuǎn)式變流機(jī)組和靜止式離子整流器目前已經(jīng)被半導(dǎo)體整流器取代。目前常用的半導(dǎo)體整流器主要有普通晶閘管（THYRISTOR），又稱可控硅整流器（SILICONCONTROLLEDRECTIFIER，SCR）和絕緣柵雙極晶體管（INSULATEDGATEBIPOLARTRANSISTOR，IGBT）、集成門極換電流晶閘管（INTEGRATEDGATECOMMUTATEDTHYRISTORS，IGCT）。IGBT是目前比較常用可控的整流器件，因此本次設(shè)計(jì)選用IGBT作為整流器件。脈沖整流器是一種以脈沖寬度控制方式（PWM）工作的變流器，又稱為四象限變流器，與相控整流器相比具有功率因數(shù)高、諧波含量低、體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此本次設(shè)計(jì)中采用PWM整流方式。評(píng)價(jià)開關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則。在電氣技術(shù)指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路，本次設(shè)計(jì)中，為了增強(qiáng)電源的可靠性，也設(shè)計(jì)了過壓保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)等保護(hù)電路。整個(gè)PWM整流裝置主要由三相半橋，負(fù)載，驅(qū)動(dòng)電路，控制電路組成。其裝置原理總框圖如圖11所示。三相半橋式整流電路由6組IGBT和續(xù)流二極管反并聯(lián)組成。控制電路采用電壓、電流雙閉環(huán)控制。具體按典型I系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)，按典型II系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓外環(huán)。調(diào)制波采用的是雙極性SPWM波，通過單片機(jī)89C52控制芯片SA8281來產(chǎn)生SPWM波。驅(qū)動(dòng)電路采用IR公司生產(chǎn)的大功率IGBT專用的橋式電路驅(qū)動(dòng)集成芯片IR2110。通過該芯片及外圍電路來驅(qū)動(dòng)IGBT管。三相PWM整流電路380VAC550VDC200A三相電源負(fù)載電流檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路電壓檢測(cè)控制電路保護(hù)電路圖11可調(diào)直流穩(wěn)壓電源總體方案框圖二、主電路設(shè)計(jì)及元器件選型21主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇主電路采用三相電壓型半橋式整流電路，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖21所示。圖21三相電壓型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)22IGBT管的選型本設(shè)計(jì)中采用的功率開關(guān)管是IGBT。絕緣柵雙極型晶體管IGBT（INSULATEDGATEBIPOLARTRANSISTOR）是一種典型的雙極MOS復(fù)合型功率器件。它是由功率MOSFET和功率晶體管GTR集成在同一個(gè)芯片中，因此IGBT即具有功率MOSFET工作開關(guān)頻率高、輸入阻抗較大及驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，也具有功率晶體管GTR的低飽和和電壓特性及易實(shí)現(xiàn)較大電流的能力。本設(shè)計(jì)中要求整流器效率達(dá)到90以上，輸出額定功率為110KW。用表示輸入0PMP功率，表示每相輸入電流的有效值，則有NI（21）30129MPW三相輸入市電取有效值為220V，則每相輸入電流有效值（22）185320MNIAU所以由每相輸入電流有效值可以計(jì)算得到網(wǎng)側(cè)電流峰值為（23）69NMII選取網(wǎng)側(cè)電流峰值的設(shè)計(jì)值為260A，并且考慮設(shè)計(jì)余量為2倍，因此在本設(shè)計(jì)中選取額定電流是520A的功率開關(guān)管IGBT。對(duì)于功率開關(guān)管IGBT，除了確定它的額定電流外，還須計(jì)算出電壓有效值。由式可以得到MRMU2（24）VUMR8107232式中，表示輸入線電壓的振幅值，為IGBT的最大反向電壓。MR考慮到安全余量，取15倍。所以IGBT的額定電壓取M68107511600V。23交流側(cè)電感設(shè)計(jì)關(guān)于交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)要求同時(shí)滿足三相VSR有功（無功）功率穩(wěn)態(tài)指標(biāo)和三相VSR瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)。（25）MAX150272DCVMVV本設(shè)計(jì)是關(guān)于三相電壓型PWM整流電路，滿足單位功率因數(shù)整流。所以關(guān)于交流側(cè)電感的公式采用式（219）。設(shè)計(jì)一個(gè)輸出額定功率可達(dá)到110KW的三相電壓型PWM整流電路。整流電路輸入為三相市電。所以電網(wǎng)相電動(dòng)勢(shì)峰值為；。VEM20KF10/2/在IGBT參數(shù)選擇中已得到交流側(cè)基波相電流峰值。可以得到關(guān)于交流側(cè)AIM96電感的上限值（26）MHIEVLMDC10/296124542表示最大允許諧波電流脈動(dòng)量。根據(jù)任務(wù)書的要求，交流側(cè)電流脈動(dòng)率小于額定MAXI值的10。所以可以得到AI629210MAX又由于載波頻率（開關(guān)頻率）10KHZ。所以綜上所述，可根據(jù)式（226）求出電感的下限值，如下所示（27）MHAIVTELDCSM02625021/323AX經(jīng)過上述計(jì)算及從整流電路整體設(shè)計(jì)考慮，交流側(cè)電感參數(shù)選擇為1MH/270A。本設(shè)計(jì)輸入端采用的是三相對(duì)稱電壓源，所以交流側(cè)三個(gè)電感的參數(shù)是一樣的。在電感的設(shè)計(jì)中，對(duì)于磁芯的形狀，一般有磁環(huán)磁芯、罐型磁芯、E型磁芯、EC磁芯和PQ磁芯。本設(shè)計(jì)采用的是磁環(huán)磁芯。24直流側(cè)電容設(shè)計(jì)關(guān)于直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)要求同時(shí)滿足三相VSR直流電壓跟隨性指標(biāo)直流電壓抗干擾性能指標(biāo)。由式（235）可以得到為了滿足電壓環(huán)的跟隨性能指標(biāo)，三相VSR直流側(cè)電容要盡量小，以確保三相VSR直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制；由式（236）可以得到為了滿足電壓環(huán)控制的抗干擾性能指標(biāo)，三相VSR側(cè)電容要盡量大，以限制負(fù)載擾動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的直流電壓動(dòng)態(tài)降落。為了滿足設(shè)計(jì)要求，所以可以得到關(guān)于直流側(cè)電容的不等式（28）LERLEMRTCRV74021根據(jù)任務(wù)書要求可以得到1）直流側(cè)負(fù)載電阻；60LER2）由于直流側(cè)電壓脈動(dòng)率在以內(nèi)，所以1（29）VVVVDCDC102501010MAX則直流電壓最大動(dòng)態(tài)降落相對(duì)值為（210）50MAXDEMV3）可得。取。851RT91RT由上面3個(gè)條件可以得到關(guān)于直流側(cè)電容的不等式（211）FC04204綜上所述，應(yīng)選擇容量為0042F，額定工作電壓為550V的電容。三、控制電路設(shè)計(jì)及元器件選型31本設(shè)計(jì)采用的控制方式本設(shè)計(jì)的控制電路如圖31所示。控制電路包括主控芯片、外圍接口電路和檢測(cè)電路。該控制電路采用電壓、電流雙閉環(huán)控制。整個(gè)控制電器由89C52單片機(jī)和專用集成芯片SA8281組成。基于SA8281和89C52的PWM整流器具有電路簡(jiǎn)單、功能齊全、性能價(jià)格比高、可靠性好，而且硬件電路也大大簡(jiǎn)化，靈活性強(qiáng)、智能性強(qiáng)，同時(shí)生成的SPWM波形精度高，速度快，整流裝置的可靠性大幅提高。圖31控制電路的主框圖32檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)（1）直流側(cè)電壓的檢測(cè)本設(shè)計(jì)采用電壓傳感器來檢測(cè)直流側(cè)電壓。由于霍爾電壓傳感器具有精度高、過載能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，所以選擇北京森社電子有限公司生產(chǎn)的CHV50P/800霍爾電壓傳感器。直流側(cè)電壓經(jīng)過霍爾傳感器輸入單片機(jī)89C52。由于89C52的輸入電壓最高為5V，所以可以求得采樣電阻（31）105MAVR本設(shè)計(jì)的直流電壓采樣電路如圖32所示。圖32直流電壓采樣電路（2）交流側(cè)過電流的檢測(cè)本設(shè)計(jì)主要通過電壓型電流互感器來完成過電流的檢測(cè)。先將三相輸出交流電流轉(zhuǎn)換為三相交流電壓，然后與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。檢測(cè)原理圖如圖33所示。以A相為例，具體過程為電壓型電流互感器將A相的交流電流以交流電壓的形式輸入檢測(cè)電路。通過芯片AD637可以將交流電壓轉(zhuǎn)化為有效值進(jìn)行輸出。輸出有效值電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器后，送入單片機(jī)89C52，與設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電流超過一定值時(shí)，單片機(jī)89C52控制SA8281終止SPWM波的輸出。圖33過電流檢測(cè)電路33調(diào)制比M的確定三相VSR交流側(cè)的最大電流的值為MAXI32AUPID205132323MIN0MAX式中為直流側(cè)電流最大值；D為輸出功率，在本設(shè)計(jì)中；0PKW10為輸出電壓的最小值，在本設(shè)計(jì)中。MINUVU50MIN0三相VSR交流側(cè)感抗的值為L(zhǎng)X33630120LX考慮到三相交流側(cè)線電壓最小時(shí)的情況，此時(shí)電感與電流的相位相差。則18034VIULA4252MAX0則調(diào)制比M為35702/541/0DAM式中為直流側(cè)的電壓值。DU所以本設(shè)計(jì)中取調(diào)制比M為07。34電流PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)為了滿足獲得較快的電流跟隨性能，所以本設(shè)計(jì)按典型I系統(tǒng)來設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)。三相VSR電流內(nèi)環(huán)經(jīng)前饋控制算法后實(shí)現(xiàn)解耦控制，如圖34所示。圖34三相VSR電流內(nèi)環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)由電流內(nèi)環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)圖，可以得到電流環(huán)的框圖，如圖35所示。圖35電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖由于兩電流內(nèi)環(huán)的對(duì)稱性，因而以電流控制為例討論電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。考慮到電流QI內(nèi)環(huán)信號(hào)采樣的延遲和PWM控制器的小慣性特性，所以已解耦的電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)如圖36所QI示。圖36電流環(huán)結(jié)構(gòu)QI在圖36中，為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期（即PWM開關(guān)周期），為橋路PWM等效增STPWMK益。為簡(jiǎn)化分析，忽略的擾動(dòng)，且將PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)寫成零極點(diǎn)形式，為QE（36）IPIIIIPIIIPKSSK1將小時(shí)間常數(shù)、合并，得到簡(jiǎn)化后的電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)圖，如圖37所示。2/STS圖37無擾動(dòng)時(shí)的電流內(nèi)環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖QEQI表31典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)阻尼比70超調(diào)量34上升時(shí)間2RT相角裕度56截止頻率/0C本設(shè)計(jì)采用的是典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，主要是為了使電流內(nèi)環(huán)具有較好的電流跟隨性能，典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)如表31所示。從圖36可以看出，只需以PI調(diào)節(jié)器零點(diǎn)抵消電流控制對(duì)象傳遞函數(shù)的極點(diǎn)即可，即。通過校正，可以得到電流內(nèi)環(huán)RLI/的開環(huán)傳遞函數(shù)為（37）15SIPWMOITKS由典型I系統(tǒng)參數(shù)整定關(guān)系可知，當(dāng)系統(tǒng)阻尼比時(shí)，有70（38）2151IPWMSRKT通過求解可得（39）PWMSIIT3（310）PSIIIKR式中，表示電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)增益；表示電流內(nèi)環(huán)積分調(diào)節(jié)增益；表示橋IPKIIPWMK路PWM等效增益；R表示整流電路負(fù)載電阻值；表示電流內(nèi)環(huán)采樣周期（即亦為PWM整流ST器的開關(guān)周期）；RLI/根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可以得到1）載波頻率（開關(guān)頻率）10KHZ，則；STS4102）負(fù)載電阻60R3）5310/12/LI4）電流超調(diào)小于5；5）取205PWMK根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差。求解得I（311）816431035PWMSIIKTR（312）440PSIII35電壓PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)為了穩(wěn)定三相VSR直流側(cè)電壓，所以需要電壓調(diào)節(jié)器。本設(shè)計(jì)中采用典型II系統(tǒng)來設(shè)計(jì)電壓外環(huán)。典型II系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系如表32所示。表42典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系H345678910BC/MAX722775812840863881896908TTM/245270285300315325330340V1360104588012951685198022802585圖34表示三相VSR的電流內(nèi)環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)。對(duì)于雙閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，電壓外環(huán)的輸出電流指令對(duì)電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行控制。所以可以三相VSR雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖38所示。圖38三相VSR雙閉環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)由三相VSR雙閉環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)圖可以得到其結(jié)構(gòu)框圖，如圖39所示。圖39三相VSR電壓環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)框圖對(duì)該控制系統(tǒng)做如下近似1）電壓采樣延遲時(shí)間為；1STV2）直流側(cè)電流近似等于網(wǎng)側(cè)電流峰值，即一時(shí)變環(huán)節(jié)為。M為DCIMICOS750IDCPWM調(diào)制比，為開關(guān)函數(shù)基波初始相位角。其中調(diào)制比M07。3）由電容的電容特性，直流側(cè)電容環(huán)節(jié)用表示；CS14）為便于設(shè)計(jì)，此處將電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)等效為時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)；ST313ST綜上所述可以得到三相VSR電壓環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖，如圖310所示。圖310三相VSR電壓環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖對(duì)于時(shí)變環(huán)節(jié)，取其最大值，即最大比例增益為05。同時(shí)，合并電壓采樣環(huán)COS50節(jié)和電流內(nèi)環(huán)等效環(huán)節(jié)為（313）13STVS電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)的傳遞函數(shù)可以寫成如下形式（314）STKSVPVIP當(dāng)忽略負(fù)載電流擾動(dòng)，可以化簡(jiǎn)三相VSR電壓環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖411所示。LI圖311簡(jiǎn)化后的三相VSR電壓環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖求解圖311所示電壓環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得（315）13502STSCTTKGVVPV任務(wù)書桪按典型II系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器，所以得到參數(shù)整定關(guān)系為（316）2SVVPHT同時(shí)考慮電壓調(diào)節(jié)器的抗擾性和跟隨性，工程上常取電壓環(huán)中頻寬為，所以電壓5VH環(huán)PI調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)為（317）SVPTCK3435SVPVITK式中，C表示直流側(cè)電容大小；表示開關(guān)頻率的倒數(shù)；為電壓外環(huán)采樣小慣性時(shí)間常數(shù)。取，所以得到VST（318）420134SVPTCK（319）54SVVI為穩(wěn)定直流側(cè)電流，所以直流側(cè)需要增加一個(gè)電抗器。1、限制輸出電流脈動(dòng)的電感量的計(jì)算，計(jì)算公式為ML（320）210/23MHISUFDID式中，表示三相交流側(cè)電壓有效值；表示額定負(fù)載電流；表示電流脈動(dòng)系數(shù)；2UIIS和見表32所示。DFDMI/表32計(jì)算電感量的有關(guān)數(shù)值電感量的有關(guān)數(shù)據(jù)三相半波DF150最大脈動(dòng)時(shí)的角90ML2/UDM088LLK146BB675本設(shè)計(jì)要求直流側(cè)電壓脈動(dòng)率在以內(nèi)，所以可以得到電流脈動(dòng)系數(shù)為10（321）20/9RUSI所以可以得到所求電感量為（322）MHISFLDIDM1760/821508210/323所以選取電感為77MH的電抗器。36保護(hù)電路設(shè)計(jì)（1）交流側(cè)過流保護(hù)在三相VSR的交流側(cè)，需采取短路保護(hù)電路，從而保證電路安全可靠地運(yùn)行。在本設(shè)計(jì)中，用芯片SA8281來設(shè)計(jì)交流側(cè)的過流保護(hù)。芯片SA8281可以通過SETTRIP引腳快速關(guān)斷所有SPWM信號(hào)輸出，高電平有效。設(shè)計(jì)時(shí)將所有故障信號(hào)合并后，傳送到SA8281的SETTRIP引腳，從而實(shí)現(xiàn)有故障時(shí)的快速閉鎖，并通過引腳SETTRIP產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行故障的處理及恢復(fù)等工作。為了避免誤閉鎖，所以需要給各故障信號(hào)均加上濾波延遲電路，合并后的故障信號(hào)進(jìn)一步經(jīng)由單穩(wěn)電路構(gòu)成的窄脈沖消除電路以消除干擾脈沖的影響。（2）IGBT的保護(hù)對(duì)于IGBT過電壓的保護(hù)，本設(shè)計(jì)采用RC型吸收電路來保護(hù)功率開關(guān)管IGBT。如圖312所示。圖312RC型吸收電路對(duì)RC型吸收電路的具體作用為1）當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，原來流過交流電感的電流會(huì)通過RC旁路，從而將交流電感的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移到吸收電路的電容C上，避免在IGBT突然關(guān)斷時(shí)，由于電流的突變導(dǎo)致在器件兩端產(chǎn)生很高的電壓尖峰，因而大大降低了開關(guān)管截止瞬間在其兩端所產(chǎn)生的過電壓。2）當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，電容C上存儲(chǔ)的能量通過IGBT、緩沖電路上電阻R釋放，為下次的緩沖吸收做好準(zhǔn)備。對(duì)RC吸收電路的電阻R與電容C進(jìn)行估算。由于本設(shè)計(jì)的開關(guān)頻率為10KHZ，一般情況下，選擇電阻R為100歐。對(duì)于電容C，通過公式可以得出所選電容大小為2FCUP（323）2150495UFFU對(duì)于IGBT的過電流保護(hù)，本設(shè)計(jì)采用橋式電路驅(qū)動(dòng)集成芯片IR2110的SD端來實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)控制功能。對(duì)于芯片IR2110的詳細(xì)介紹見第五章，此處只是關(guān)于IR2110的SD端。IGBT過電流保護(hù)的原理圖如313所示。圖313IGBT過電流保護(hù)原理圖工作原理實(shí)時(shí)的將流過IGBT的電流與給定電流值進(jìn)行比較，當(dāng)流過IGBT的電流過大時(shí)，通過SD端口切斷IGBT。具體流程由于本設(shè)計(jì)選擇的IGBT能夠承受的最大電流為270A，取電阻R2為01歐，則基準(zhǔn)電壓為7V，即。電阻R2的作用是對(duì)流過IGBT的電流進(jìn)行采集，并將其VD7轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)V1。轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓VDD進(jìn)行比較。如果V1VDD，則比較器輸出高電平給IR2110的SD端口，然后IR2110迅速切斷IGBT，從而防止過電流的產(chǎn)生。四、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)41驅(qū)動(dòng)芯片選型現(xiàn)在市面上有多種具有驅(qū)動(dòng)IGBT電壓型功率器件的集成驅(qū)動(dòng)模塊，它們有多種保護(hù)功能、電路參數(shù)一致性好、隔離驅(qū)動(dòng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。但其價(jià)格較高，而且只能驅(qū)動(dòng)單個(gè)功率管。所以本設(shè)計(jì)采用的是IR公司生產(chǎn)的大功率IGBT專用的橋式電路驅(qū)動(dòng)集成芯片IR2110。IR2110是雙通道高壓、高速電壓型功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器，有自舉浮動(dòng)電源。它具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，只需一路電源即能同時(shí)驅(qū)動(dòng)上、下橋臂等優(yōu)點(diǎn)。IR2110的內(nèi)部框圖如圖41所示。圖41IR2110的內(nèi)部框圖IR2110的內(nèi)部功能是由三個(gè)部分組成邏輯輸入電平平移和輸出保護(hù)。所以采用IR2110可以為設(shè)計(jì)帶來諸多的方便。IR2110各引腳功能為L(zhǎng)O引腳低端輸出；COM引腳公共端；VCC引腳低端固定電源電壓；NC引腳空端；VS引腳高端浮置電源偏移電壓；VB引腳高端浮置電源電壓；HO引腳高端輸出；NC引腳空端；VDD引腳邏輯電源電壓；HIN引腳邏輯高端輸入；SD引腳關(guān)斷；LIN引腳邏輯低端輸入；VSS引腳邏輯電路地電位端，其值可以為0V；NC引腳空端。42驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)89C52控制SA8281輸出SPWM調(diào)制信號(hào)，然后SPWM調(diào)制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管IGBT。其中一相的驅(qū)動(dòng)電路如圖42所示。圖42驅(qū)動(dòng)電路原理圖驅(qū)動(dòng)電路的工作原理如下在管導(dǎo)通期間，將引腳的電位下拉到地，則引腳和2QSVBV引腳之間的電容為自舉電容，通過自舉二極管和自舉電阻給自舉電容充SVBSCCVBSDBSRBSC電，通過自舉電容在引腳和引腳之間形成一個(gè)懸浮電源，通過這個(gè)電源給上橋臂主BS開關(guān)器件Q1供電。當(dāng)負(fù)載阻抗較大，導(dǎo)致經(jīng)負(fù)載降壓充電較慢，使得關(guān)斷、開通時(shí)，上的電BS2Q1BS壓經(jīng)充電后仍不能達(dá)到自舉電壓83V以上，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)會(huì)因欠壓被片內(nèi)邏輯封鎖，就1Q不能正常工作。為了保證在管關(guān)閉、管開通時(shí)，管的柵極能通過自舉電容上的1Q22BSC儲(chǔ)能來驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自舉式驅(qū)動(dòng)。為此，要么選用小容量電容，以提高充電的電壓量；要么為提供較快的充電通路；要么取掉，直接給引腳、加另一個(gè)1020V隔離電BSCBSDBVS源。在每一個(gè)周期，當(dāng)開關(guān)一次，就通過開關(guān)充電一次，因此自舉電容的充電1BSC2QBSC還與輸入信號(hào)HIN、LIN的PWM脈沖頻率和脈沖寬度有關(guān)。當(dāng)PWM工作頻率過低時(shí)，若導(dǎo)通脈寬較窄,自舉電壓83V容易滿足；反之則無法實(shí)現(xiàn)自舉。因此,要合理設(shè)置PWM開1Q關(guān)頻率和占空比調(diào)節(jié)范圍，的容量選擇有考慮如下幾點(diǎn)BS1）PWM開關(guān)頻率高則選擇容量較小的；BSC2）盡量使自舉上電回路不經(jīng)大阻抗負(fù)載，否則需為充電提供快速充電通路；BS3）對(duì)于占空比調(diào)節(jié)較大的場(chǎng)合，特別是在高占空比時(shí)，由于開通時(shí)間較短，所以2Q應(yīng)選小，否則在有限時(shí)間內(nèi)是無法達(dá)到自舉電壓。BSC的選擇應(yīng)綜合考慮PWM脈沖變化的各種情況，監(jiān)測(cè)H0、VS腳波形是進(jìn)行調(diào)試最好的方法。在本設(shè)計(jì)三相電壓型PWM整流電路中，采用三片IR2110是中小型功率變換的理想選擇,驅(qū)動(dòng)電源僅用一路典型的15V電源。由于三相VSR在每個(gè)周期里總有一個(gè)上下管導(dǎo)通,故上管自舉電容容易充電,三個(gè)上管自舉電路可有序工作。五、控制軟件流程主程序流程圖如圖5