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一种小功率通用变频器的设计

时间:2015-07-31  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

  2)内含各种保护 使内部IGBT因故障损坏的几率大大降低,这些保护包括短路保护(SC),控制电路欠压保护(UV)等;

  3)内部报警输出(FO) 该信号送到控制PWM产生器,封锁脉冲输出,进而停止系统工作;

  4)散热效果好 采用陶瓷绝缘结构,扁平封装,可以直接安装在散热器上;

  5)端子布局合理,便于安装 强弱电的输出输入端分别安排在模块的两侧,做到尽量减少干扰。

1.2.2 管脚说明

  该模块的外形及端子分布如图2所示。

模块的外形及端子分布

  IPM(PS21255)模块外部端子在布局上强弱电分开,P 及N为直流输入端,P为正端,N为负端;U,V,W为逆变器三相输出端;UP,VP,WP为上桥臂U,V,W各相脉冲信号输入端;UN,VN,WN为下桥臂U,V,W各相脉冲信号输入端;VP1及VPC为上桥臂工作电源输入端,VP1为正端,VPC为负端;VN1及VNC为下桥臂工作电源输入端,VN1为正端,VNC为负端;CIN为电流检测信号输入端;FO为故障输出端(低电平有效);CFO为故障输出脉宽控制端;VUFB及VUFS为U相自举电路两端,VUFB为高端,VUFS为低端;VVFB及VVFS为V相自举电路两端,VVFB为高端,VVFS为低端;VWFB及VWFS为W相自举电路两端,VWFB为高端,VWFS为低端。

2 系统设计

2.1 硬件电路  

  我们开发的小功率通用变频器,采用单相交流供电,经整流滤波后送入逆变桥,再由逆变桥将该直流电逆变成三相VVVF(variable voltage variable frequency)电源,以驱动电机。整个系统分为主电路和控制电路两部分。系统构成框图如图3所示。

系统构成框图

  主电路采用二

极管整流,大容量的电解电容滤波,IPM模块为主电路的核心部分,它包含6个IGBT构成三相逆变桥,且各有自己的驱动电路和保护电路,整个模块还有短路及控制电路欠压保护功能。它的输入可以兼容TTL电平输入。  

  控制电路主要有控制电源和以SA866为核心的SPWM波发生及驱动电路。控制电源采用7805和7815提供直流稳压电源。SA866AE通过10位数模转换器和外接正反向方向脚,可实现转速的连续调节和正反向切换。所有的运行参数,包括载波频率、波形、最小脉冲宽度、死区脉宽和V/f曲线等都是通过外接的EEPROM编程。由于输入电压和反馈能量都将直接反映在直流环节上,所以,整个系统的电压电流检测及保护取样均集中在直流环节。驱动逆变桥所须的PWM信号则由ASIC芯片SA866提供,经反向后送给IPM模块。  

  EEPROM选用93LC46,它只须+5 V的电压即可工作。可重复地擦写106次。该芯片的封装形式为DIP-8,其中VCC和VSS分别为5 V电源输入的正负端,CLK为时钟信号输入端,DI为数据输入端,DO为数据输出端,ORG为内部数据的存储结构,进行8位或16位的选择。将需要设定的参数写入EEPROM,系统在上电时就自动从EEPROM里面将参数字读入SA866,依据所设定的参数字,系统产生相应的脉冲波形用来控制主电路中模块的开或关。

2.2 参数计算与设定  

  1)载波频率(CFS) 载波频率是外接时钟频率和一个倍率系数N的函数,N的十进制值由初始化寄存器中的一个3位的CFS字决定。载波频率fCARR由式(1)决定。

参数计算与设定

  式中:fCLK为时钟输入频率,本系统所选用的晶振为20 MHz。取n=1,CFS=001,实际fCARR==参数计算与设定

  2)输出电源频率范围(FRS) 频率范围给出了输出频率的上限值。频率范围fRANCE=fCARR×2m/384,取m=1,即FRS=(001)B。

  3)死区时间(tpdy) tpdy=(63-PDY)/(fCARR×512);PDY在0~63之间,取PDY=37=(100101)B;则实际的tpdy=(26/26.2144)5 μs=4.959 μs。

  4)脉冲取消时间(PDT) 经调制后SPWM的脉宽可以很小,但实际上,过小的脉宽没有用,因为时间过短,功率管还没来得及完全打开就关闭了,只增加了功率管的损耗,降低了系统的效率。脉冲取消时间tpd=(127-PDT)/(fCARR×512);依此公式,若定义最小宽度为3 μs,实际最小脉宽为tpd-tpdy,则tpd=7.959 μs,可得PDT=85.272,取PDT=85=(1010101)B,因此,实际tpd=8.01 μs,脉冲最小宽度为tpd-tpdy=8.01 μs-4.959 μs=3.051 μs。

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