基于單片機(jī)的變頻電源控制器設(shè)計(jì)

1、天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)的變頻電源控制器設(shè)計(jì)完成期限：2016年9月1日 至 2016年11月10日學(xué)習(xí)中心：私立青島國(guó)創(chuàng)科技培訓(xùn)學(xué)校奧鵬學(xué)習(xí)中心43專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名：李沛達(dá)學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：杜春燕摘 要變頻器是從上世紀(jì)中葉發(fā)展起來(lái)的一種交流調(diào)速設(shè)備。它是為了解決傳統(tǒng)的交流電機(jī)調(diào)速困難、傳統(tǒng)的交變速設(shè)備不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性均不盡人意的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的。由于其使交流電機(jī)的調(diào)速范圍和調(diào)速性能均大為提升，因此交流電機(jī)逐漸代替直流電機(jī)出現(xiàn)在各種應(yīng)用領(lǐng)域，即便是以往只可能是直流電機(jī)出現(xiàn)的伺服控制領(lǐng)域。隨著電力半導(dǎo)體長(zhǎng)足發(fā)展，變頻

2、器也隨之不斷進(jìn)步。今變頻器已深入我們的日常生活，隨處可見(jiàn)其為我們服務(wù)的身影。本文從變頻器的基礎(chǔ)理論出發(fā)，對(duì)主要器件和開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行分析，之后對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，主要包含變頻器的總體結(jié)構(gòu)、交流功率模塊、變頻控制模塊等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面主要進(jìn)行SPWM參數(shù)的計(jì)算和串行通信中斷程序等內(nèi)容。希望本文的研究可以為我國(guó)變頻器的研究帶來(lái)具有價(jià)值的參考和借鑒。關(guān)鍵詞：變頻器；STC單片機(jī)；智能功率模塊( SPM )；SPWM目 錄引言1第一章 緒論21.1課題研究背景及意義21.2變頻器的現(xiàn)狀與發(fā)展方向31.3主要內(nèi)容4第二章 逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理52.1逆變電路常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介52.2 變

3、換電路常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理及其特點(diǎn)5第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.1變換電路選擇93.2主電路設(shè)計(jì)93.3 SPWM逆變器的設(shè)計(jì)103.4控制電路設(shè)計(jì)123.5 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)123.6 電壓、電流、頻率測(cè)量電路133.7 鍵盤、顯示電路14第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 控制模塊設(shè)計(jì)184.2 初始化程序224.3 顯示中斷程序224.4 顯示子程序及鍵盤服務(wù)程序流程圖23第五章 結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致 謝27引言變頻電源顧名思義就是能夠提供可調(diào)頻率輸出的電源，變頻電源是這樣一種設(shè)備，能夠?qū)⒔涣麟娸斎朕D(zhuǎn)換為用戶所需要的電壓和頻率的正弦波輸出的變換器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)等設(shè)備

4、種類繁多，與人們的工作和生活息息相關(guān)，變頻電源成為不可缺少的優(yōu)質(zhì)、可靠的電源。由于在實(shí)際應(yīng)用中，不用場(chǎng)合使用的設(shè)備對(duì)電源的參數(shù)要求不一樣，同一個(gè)設(shè)備對(duì)電源參數(shù)的要求也是會(huì)變換到，例如電氣產(chǎn)品在測(cè)試階段時(shí)，需要根據(jù)出口國(guó)家的市電電壓和頻率，在允許的波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，測(cè)試電氣產(chǎn)品的性能。因此，變頻電源不僅有為不同設(shè)備提供電源的功能，還可以模擬不同國(guó)家的市電參數(shù)。傳統(tǒng)的變頻電源采用不控整流和變壓變頻逆變兩級(jí)結(jié)構(gòu)，只關(guān)注輸出正弦波形的質(zhì)量，電壓和頻率精度以及可靠性，基本上不會(huì)考慮系統(tǒng)輸入端的電流是否會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，是否向電網(wǎng)注入大量高頻諧波電流。今天對(duì)變頻電源除了有以上的要求外，還要求環(huán)保無(wú)污染，

5、有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)的發(fā)展以及在開(kāi)關(guān)電源上的成熟應(yīng)用，可以有效的解決這一問(wèn)題，功率因數(shù)可以提高到 0.9 以上。有源功率校正器和逆變器的結(jié)合，同樣也是兩級(jí)結(jié)構(gòu)，兼有不控整流和逆變兩級(jí)結(jié)構(gòu)控制上的優(yōu)點(diǎn)，而且不僅可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，有效的減少諧波污染，還可以提高中間直流環(huán)節(jié)的電壓等級(jí)，擴(kuò)大系統(tǒng)的電壓輸出范圍。第一章 緒論1.1課題研究背景及意義電源對(duì)于每一個(gè)人來(lái)說(shuō)是一個(gè)既熟悉又抽象的名詞，我們的衣食住行離不開(kāi)電源，文化娛樂(lè)、辦公學(xué)習(xí)、科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)、教育、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運(yùn)輸、照明、通信、宇宙探索等等，哪一樣也少不了電源。只要用電就離不開(kāi)電源。電子/電力電源

6、的發(fā)展得力于電力電子技術(shù)的進(jìn)步。進(jìn)入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件，首先是功率 MOSFET 的問(wèn)世，導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET 和 IGBT 的相繼問(wèn)世是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 1995 年底，功率 MOSFET 和 GTR 在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步，而用 IGBT 代替 GTR 在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件

7、的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能，實(shí)現(xiàn)小型輕量化，機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。變頻電源是將市電通過(guò)功率變換電路轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰碾妷汉皖l率的一種電源。世界各國(guó)電網(wǎng)制式的不統(tǒng)一，以及不同應(yīng)用領(lǐng)域的電源制式需求的不同，以下情況需要使用變頻電源：(1)家電業(yè)制造商如：空調(diào)設(shè)備、咖啡機(jī)

8、、洗衣機(jī)、榨汁機(jī)、微波爐、收錄音機(jī)、冰箱、DVD、洗塵器、電動(dòng)剃須刀等產(chǎn)品的測(cè)試電源；(2)電機(jī)、電子業(yè)制造商如：交換式電源供應(yīng)器、變壓器、電子安定器、AC風(fēng)扇、不斷電系統(tǒng)、充電器、繼電器、壓縮機(jī)、馬達(dá)、被動(dòng)元件等產(chǎn)品的測(cè)試電源；(3)IT 產(chǎn)業(yè)及電腦設(shè)備制造商如：傳真機(jī)、影印機(jī)、碎紙機(jī)、印表機(jī)、掃描器、燒錄機(jī)、伺服器、顯示器等產(chǎn)品的測(cè)試電源；(4)實(shí)驗(yàn)室及測(cè)試單位如：交流電源測(cè)試、產(chǎn)品壽命及安全測(cè)試、電磁相容測(cè)試、OQC（FQC）測(cè)試、產(chǎn)品測(cè)試及研發(fā)、研究單位最佳交流電源；(5)航空/軍事單位如：機(jī)場(chǎng)地面設(shè)施、船舶、航天、軍事研究所等的測(cè)試電源；(6)鐵路、高速公路：25Hz、靜頻信號(hào)電源。

9、變頻電源是電源系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。變頻電源自問(wèn)世以來(lái)引起了國(guó)內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注?，F(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。現(xiàn)代變頻電源以其低損耗、高效率、電路簡(jiǎn)潔等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞，并廣泛的應(yīng)用于電氣傳動(dòng)、計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備、儀器儀表、通信設(shè)備和家用電器中。今年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的告訴發(fā)展，人們對(duì)變頻電源的需求與日劇增，變頻電源的開(kāi)發(fā)研制生產(chǎn)已成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。目前，隨著變頻電源的廣泛應(yīng)用，變頻電源顯示除了強(qiáng)大的生命力，其具有高集成度、高性能比、最簡(jiǎn)的外圍電路、最佳的性能指標(biāo)等特點(diǎn)。變頻器不僅具有高效率的特點(diǎn)，同時(shí)也

10、十分的節(jié)能，將它應(yīng)用于家電中既能提高產(chǎn)品的可控性與可操作性，更重要的是還可以減少能量的消耗和污染。在今后家電生產(chǎn)中，特別是冰箱和家用空調(diào)器的壓縮機(jī)控制中，變頻器的使用肯定是必不可少的。因此，本項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)用性和可發(fā)展性。1.2變頻器的現(xiàn)狀與發(fā)展方向現(xiàn)在，變頻技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家己經(jīng)成熟，隨著新的電力電子器件的不斷出現(xiàn)，新的變頻技術(shù)層出不窮，使其得到了更廣泛的推廣應(yīng)用。變頻技術(shù)的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新、電力電子器件及材料的開(kāi)發(fā)及器件制造工藝水平提高基礎(chǔ)之上的，尤其是高壓大容量絕緣柵雙極晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管工IGCT器件的成功開(kāi)發(fā)，使大功率變頻技術(shù)得以迅速發(fā)展，性

11、能日益完善。由于變頻器在空調(diào)、電梯、冶金、機(jī)械等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，變頻調(diào)速電機(jī)和與之配套的變頻器發(fā)展迅速。據(jù)機(jī)械信息研究院的統(tǒng)計(jì)，2000年，中國(guó)變頻器市場(chǎng)容量接近30億元。其中日本，歐美品牌占據(jù)主導(dǎo)地位，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商經(jīng)過(guò)近幾年的高速發(fā)展，業(yè)已占領(lǐng)了很大一部分低端市場(chǎng)。目前變頻器的國(guó)內(nèi)電機(jī)配比率仍低于1%，潛在市場(chǎng)巨大，國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)在未來(lái)的510年內(nèi)仍將保持高速發(fā)展?，F(xiàn)在變頻電源技術(shù)主要朝著一下幾個(gè)方向發(fā)展： 1）高頻化。器件工藝的進(jìn)步推動(dòng)了工作頻率的進(jìn)一步提高，頻率的提高大大減小了電感、電容等器件的值和體積，使整個(gè)裝置的體積和重量都減小了。2）數(shù)字化。傳統(tǒng)的變頻電源采用模擬器件構(gòu)成，模擬器件需

12、要大量的分立元件，不僅降低了電路工作的可靠性，也增加了系統(tǒng)的成本，系統(tǒng)調(diào)試難度大，出現(xiàn)故障時(shí)排查困難，維護(hù)困難。由于模擬元件易受周圍環(huán)境、溫度的影響和存在老化問(wèn)題等，影響了系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。專用模擬集成電路的出現(xiàn)很大程度上簡(jiǎn)化了控制電路的復(fù)雜度，但是專用集成電路仍然不夠靈活，只能針對(duì)特定的電路形式和技術(shù)指標(biāo)。數(shù)字控制是當(dāng)今電力電子技術(shù)發(fā)展的方向，與模擬控制相比，大大簡(jiǎn)化了硬件電路的復(fù)雜度，只需要很少的外圍電路，便能構(gòu)成功能完善的控制電路且性能優(yōu)越。系統(tǒng)成本降低，而且由于數(shù)字控制的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和算法。數(shù)字控制通用性好，軟件調(diào)制方便快捷，系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)方便。單片機(jī)控制受限于其性能，時(shí)

13、鐘和運(yùn)算能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)越的數(shù)字控制，與專用 SPWM 集成電路配合使用減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，但是電路復(fù)雜度和成本都提高了。高速數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 的出現(xiàn)，迅速提高了數(shù)字控制的實(shí)時(shí)性和智能化。DSP 強(qiáng)大的運(yùn)算能力和運(yùn)算速度，應(yīng)用于電源控制，可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制算法。系統(tǒng)功能多樣化，而且系統(tǒng)的輸出精度大大提高，軟件編寫的反饋控制算法可以很好地解決系統(tǒng)由于環(huán)境溫度和老化等引起的問(wèn)題。DSP 片內(nèi)集成了多種功能模塊，如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、串行通信接口等，使控制電路體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性提高。3） 綠色化。綠色能源越來(lái)越受到國(guó)家和人民的重視，是指能源的生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)污染或者低污染的能

14、源。電源的綠色化有兩層含義：節(jié)能，用電少消耗少就可以減輕對(duì)環(huán)境的污染；對(duì)電網(wǎng)的污染少或者不產(chǎn)生污染，即電源系統(tǒng)的輸入電流高次諧波含量少。上個(gè)世紀(jì) 80 年代以后，有源功率因數(shù)校正技術(shù)和補(bǔ)償方案的應(yīng)用，為綠色電源的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1.3主要內(nèi)容在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，變頻器廣泛的應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、市政、中央空調(diào)、水處理等行業(yè)中，因此現(xiàn)在變頻器在我們生活中是不可缺少的東西了。在本設(shè)計(jì)中，主要采用了STC系列單片機(jī)作為控制主機(jī)，通過(guò)其中的PWM接口和軟件的配合實(shí)現(xiàn)SPWM控制信號(hào)的產(chǎn)生來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻控制器，使用智能功率模塊（SPM）FPAL15SH60對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?？刂破髂軐?shí)現(xiàn)20-250H

15、z信號(hào)的輸出，可通過(guò)手動(dòng)鍵入或自動(dòng)的方法調(diào)節(jié)頻率，并通過(guò)顯示器顯示實(shí)時(shí)頻率。具有輸入欠壓保護(hù)、輸出過(guò)壓過(guò)流保護(hù)功能和過(guò)熱保護(hù)等功能。設(shè)計(jì)中由STC系列單片機(jī)產(chǎn)生SPWM波形，通過(guò)編程的方法控制其脈沖寬度，從而達(dá)到對(duì)頻率控制的目的，還能根據(jù)對(duì)輸出電壓的檢測(cè)結(jié)果調(diào)整SPWM信號(hào)的幅度，從而控制輸出的電壓。第二章 逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理2.1逆變電路常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介逆變電源因體積小、重量輕、節(jié)材節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，現(xiàn)已得到了廣泛應(yīng)用。目前逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式、全橋式等多種類型。根據(jù)需求可采用不同拓?fù)湫问降哪孀冸娐窛M足其需求。以上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又有其各自特

16、點(diǎn)，所以在逆變電源主電路設(shè)計(jì)中充分考慮電路自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)所，只有如此根據(jù)上述情況，才能更好的選擇相應(yīng)的逆變電路來(lái)滿足使用要求。隨著功率器件的不斷發(fā)展，目前IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是逆變電源中常用的功率器件，已逐步取代原晶閘管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)。常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)比表1為常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)比表，Vce為功率開(kāi)關(guān)器件承受電壓；Ic為相同輸出功率時(shí)的電流；P0為相同Ic時(shí)輸出功率；U1為主變壓器原邊電壓；U0為輸出電壓；m為功率開(kāi)關(guān)器件數(shù)量；E為加入電路的直流電壓；D為功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通占空比；K為主變壓器Tr的變比。項(xiàng)目變換電路形式單端正激式推挽式半橋式全橋式VccE2EEEIc

17、IcIc2IcIcP0P0P0P0/2P0U1EEE/2EU0ED/K2ED/KED/KED/Km2224適于輸出容量小，中大中大表2.1 常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)比2.2 變換電路常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理及其特點(diǎn)1.單端正激式變換電路單端正激式變換電路圖如圖2-1所示。在單端正激變換電路中，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)器件VT導(dǎo)通時(shí)，則通過(guò)變壓器T向負(fù)載傳遞能量。變換電路主要由開(kāi)關(guān)管VT、變壓器T、輸出整流二極管D1、續(xù)流二極管D2以及輸出濾波電感L和電容C組成。變壓器T原邊繞組中分去磁繞組NR與原邊繞組N1(通常NRN1)，NR與D0組成磁通復(fù)位電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT在關(guān)斷期間，繞組N1的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移至NR中，并通過(guò)D0反饋到

18、輸入端電源E中。因在單端變壓器原邊線圈流過(guò)的是脈動(dòng)激磁電流，如果在每個(gè)脈動(dòng)工作磁通周期不采取去磁措施，則磁芯剩磁通的累加會(huì)迅速使變壓器出現(xiàn)飽和。如果沒(méi)有去磁繞組NR，變壓器二次繞組因D1反偏截止，原邊繞組中儲(chǔ)能無(wú)處釋放，將會(huì)引起很高的反電壓與輸入電壓E迭加至VT上。此時(shí)開(kāi)關(guān)管VT在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)的大電流，關(guān)斷時(shí)承受高電壓，導(dǎo)致VT損壞。圖2-1單端正激式變換電路該電路特點(diǎn)：變壓器T有變換電參數(shù)和隔離作用，因變壓器磁芯在單限內(nèi)工作，所以體積較大，適用于小功率電源中使用。2.推挽式變換電路推挽式變換電路如圖2-2所示。推挽式變換電路其實(shí)由兩個(gè)相位相反的正激變換電路疊加而成，相當(dāng)于兩個(gè)正激電路交替工作，

19、且兩個(gè)開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通和截止，并在各自導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)把能量分別通過(guò)變壓器T傳遞給負(fù)載。該變換電路主要由VT1，VT2以及并聯(lián)至開(kāi)關(guān)管的二極管D1和D2組成輸入端經(jīng)變壓器T,在輸出端由整流二極管D3、D4與輸出濾波電感和電容組成。在本電路中選擇使用變壓器的次級(jí)帶中心抽頭，兩邊輪流工作的推挽式電路，因?yàn)樵诘洼斎氲碾妷簳r(shí)，推挽式線路線路比半橋式或全橋式優(yōu)越，任何時(shí)候最多只有一個(gè)開(kāi)關(guān)器件工作，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)，而且還是工作在低電壓下。對(duì)于輸出相同的功率開(kāi)關(guān)損耗小多了。所以低壓輸入的大功率變換器都是采用推挽變換技術(shù)。為了使輸出電壓穩(wěn)定和保持軟啟動(dòng)控制的特點(diǎn)，多數(shù)采用占空比控制方式，這種控制方式將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)死區(qū)

20、時(shí)間，在這個(gè)死區(qū)時(shí)間內(nèi)兩只開(kāi)關(guān)晶體管都處于關(guān)斷階段輸出電流經(jīng)扼流圈有一個(gè)保持續(xù)流的電流，續(xù)流經(jīng)次級(jí)線圈和兩只整流二極管再輸出到負(fù)載。在這個(gè)階段，鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，也就是鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度不會(huì)下降到零狀態(tài)，這是推挽式變換電路的一個(gè)重要特性。圖2.2 推挽式變換電路推挽電路中開(kāi)關(guān)器件的耐壓是輸入電壓的2倍，工作是隨著開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷、變壓器原邊繞組交替工作，與半橋和全橋變換電路相比變壓器利用率低，而且輸出電壓隨輸入電壓和負(fù)載變換而變化。因此在輸入電壓高時(shí)，一般不易采用這種變換電路。與單端變換電路相比較，推挽電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大、輸出濾波電感可減小，兩組開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖Vg1、Vg2不需隔離，控制

21、簡(jiǎn)單。3.半橋式變換電路半橋式變換電路如圖2-3所示。在半橋式變換電路輸入端串接電容C1、C2且C1=C2以便當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件VT1、VT2均截止時(shí)，VC1=VC2=1/2E。VA=1/2E，VB=1/2E，VAB=0，保證開(kāi)關(guān)器件均為截止時(shí)所受耐壓相同和均衡(輸入電壓一半)。D1、D2起到反饋和續(xù)流作用，變壓器副邊電路由D3和D4構(gòu)成全波輸出整流，L、C3構(gòu)成輸出濾波電路。圖2.3 半橋式變換電路半橋式變換電路開(kāi)關(guān)管上最高電壓等于輸入電壓，比推挽式變換電路低一半。開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中，變壓器漏感引起的電壓尖峰被二極管鉗位，因此開(kāi)關(guān)管的最高電壓不會(huì)超過(guò)輸入電壓。由于變壓器原邊繞組上的方波電壓幅值只是

22、電源電壓的一半，影響其功率輸出，所以半橋式變換電路不適合輸出功率較大的場(chǎng)合。但半橋式電路具有電路簡(jiǎn)單，使用器件少，尤其具有抗不平衡能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此在中小功率場(chǎng)所得到了廣泛應(yīng)用。4全橋式變換電路全橋式變換電路圖如4所示。全橋式變換電路是目前逆變電路中使用最為常見(jiàn)的一種，該變換電路共有四個(gè)橋臂，可以看成兩個(gè)半橋電路組合而成。兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通，輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，其幅值高出半橋變換電路一倍。改變直流電壓E就改變輸出交流有效值，輸出功率大。圖2.4 全橋式變換電路由于變壓器Tr磁芯工作在磁滯回路兩側(cè)，在開(kāi)關(guān)器件飽和壓降和開(kāi)關(guān)時(shí)間不相同，將會(huì)造成變壓器中正負(fù)半周期磁通的不對(duì)稱，從而引

23、起偏磁現(xiàn)象，最常見(jiàn)及通用辦法是在變壓器Tr原邊回路中串接一個(gè)隔直電容Cr，以此來(lái)抑制變壓器原邊非純交流電壓中直流分量。由于變壓器原邊繞組電阻小，在多個(gè)循環(huán)之后，即可造成磁飽和。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)220v、50HZ交流電經(jīng)整流濾波，變成直流電，通過(guò)逆變器將該直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率與負(fù)載(或換能器)諧振頻率一致的交變電壓。系統(tǒng)硬件電路由主電路、控制驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和鍵盤顯示電路組成。其中逆變器是用來(lái)實(shí)現(xiàn)DcAc變換的電力電子裝置。其作用是通過(guò)半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件 (如SCR，GTO，GTR，IGBT和功率MOSFET模塊等)的開(kāi)通和關(guān)斷作用,把直流電能變換成交流電能。因此是一種電能變換裝置?？刂撇糠?/p>

24、可通STC單片機(jī)控制電壓和頻率的改變。3.1變換電路選擇為了提高通用性，系統(tǒng)選用ACDCAC變換電路DCAC變換采用STC單片機(jī)控制SA4828芯片直接輸出SPWM脈沖，從而使電路簡(jiǎn)單、可靠、控制方便、體積小逆變主電路采用橋式電路，濾波后得到幅值和頻率可調(diào)的交流電壓穩(wěn)定輸出。3.2主電路設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)如圖3-1所示圖3-1 主電路1)整流電路采用整流橋塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。2)逆變電路選用IGBT作為開(kāi)關(guān)管組成橋式逆變電路。3)輸出濾波電路全橋逆變電路的輸出為一系列高頻脈沖，要想得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，必須濾掉其高頻成分，LC濾波電路的作用正是濾除高頻，其參數(shù)由LC濾波器的諧振頻率和特征

25、阻抗決定。整流電路用單相橋進(jìn)行整流，利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢?20 V交流電壓變成直流，給逆變器提供直流母線電壓。Dl為整流橋。在整流電路中輸出電壓是脈動(dòng)的，另外，在逆變部分產(chǎn)生的脈動(dòng)電流和負(fù)載變化也使得直流電壓產(chǎn)生脈動(dòng)，為了將其中的交流成分盡可能的濾除掉，使之變成平滑的直流電，必須在其后加上一個(gè)低通濾波電路。這里采用常用的電容濾波電路，在整流輸出端并人大電容，整流輸出直流電壓含有很多偶次諧波，頻率越高，電容容抗越小，分流作用越大，諧波被濾除的就越多，輸出電壓的平均值就越大。由于在交流輸入剛剛接通的一瞬間，輸入220 V交流電壓經(jīng)整流后直接給直流電容充電，而此時(shí)電容的端電壓為零，相當(dāng)于短路狀

26、態(tài)，這樣會(huì)造成很大的充電電流，導(dǎo)致熔斷器和空氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作，甚至?xí)p壞后級(jí)電路。因此，必須對(duì)電容的充電電流進(jìn)行限制。在交流輸入電路中串聯(lián)一個(gè)合適的電阻，用以限制最大充電電流。當(dāng)控制電路檢測(cè)到電容充電過(guò)程基本完畢后，與充電電阻并聯(lián)的接觸器觸點(diǎn)閉合，電阻處于短路狀態(tài)，系統(tǒng)開(kāi)始正常工作。Sls4組成逆變器。S1s4采用IGBT功率模塊，工作頻率高、功率容量大。逆變器工作時(shí)，IGBT開(kāi)關(guān)根據(jù)負(fù)載(或換能器)的諧振頻率進(jìn)行切換，s1、s4和s2、S3分別組成兩組開(kāi)關(guān)。這兩組開(kāi)關(guān)輪流導(dǎo)通，負(fù)載中的電流過(guò)零時(shí)開(kāi)關(guān)切換。當(dāng)逆變器工作頻率等于負(fù)載 (或換能器)的諧振頻率時(shí)，電路輸出電壓為方波，輸出電流為正弦波。電路

27、中采用零電流開(kāi)關(guān)模式。其開(kāi)關(guān)損耗極小，dudt及didt應(yīng)力大為下降，與此相應(yīng)的電磁干擾可以消除。逆變器的輸出接隔離變壓器，為消除濾波電感的噪音，將變壓器和電感集成在一起，再在變壓器的次級(jí)并以適當(dāng)?shù)碾娙?，利用輸出變壓器的漏感與電容組成LC低通濾波器，從電容的兩端獲得正弦電壓輸出，這樣不但消除了輸出濾波電感產(chǎn)生的噪聲，而且簡(jiǎn)化了主電路設(shè)計(jì)。3.3 SPWM逆變器的設(shè)計(jì)由于逆變開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)間要由載波與調(diào)制波的交點(diǎn)來(lái)決定。在調(diào)制波的頻率、幅值和載波的頻率這3項(xiàng)參數(shù)中。不論哪一項(xiàng)發(fā)生變化時(shí)，都使得載波與調(diào)制波的交點(diǎn)發(fā)生變化。因此，在每一次調(diào)整時(shí)，都要重新計(jì)算交點(diǎn)的坐標(biāo)。顯然，單片機(jī)的計(jì)算能力和速度不

28、足以勝任這項(xiàng)任務(wù)。過(guò)去通常的作法是：對(duì)計(jì)算作一些簡(jiǎn)化，并事先計(jì)算出交點(diǎn)坐標(biāo)將其制成表格，使用時(shí)進(jìn)行查表調(diào)用。但即使這樣，單片機(jī)的負(fù)擔(dān)也很重。為了減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，一些廠商推出了專用于生成三相或單相SPWM波控制信號(hào)的大規(guī)模集成電路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA828、SA838等等。采用這樣的集成電路芯片，可以大大地減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，使單片機(jī)可以空出大量的機(jī)時(shí)用于檢測(cè)和監(jiān)控。這里詳細(xì)介紹SA4828三相SPWM波控制芯片的主要特點(diǎn)、原理和編程。SA4828作為單片機(jī)的外設(shè)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程，將SPWM的初始化信息和控制信息寫入SA4828的相關(guān)寄存器，即可產(chǎn)生精確全數(shù)字化的單相、

29、三相SPWM波形。處理器采用STC單片機(jī)，進(jìn)一步降低了成本STC單片機(jī)可同時(shí)用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言進(jìn)行編程，提高了編程的靈活性。載波頻率 (開(kāi)關(guān)頻率)的選擇取決于所使用的功率開(kāi)關(guān)管器件，其設(shè)定公式為： (3-1)式中正CLK為輸入時(shí)鐘頻率n是分頻倍率系數(shù)，由一個(gè)3位CFS字決定調(diào)制波頻率范圍確定電源的最大頻率，其設(shè)定公式為： (3-2)式中m是倍率系數(shù)，由一個(gè)3位的FRS字決定脈沖延時(shí)時(shí)間是為了防止直通而短路，其設(shè)定公式為： (3-3)式中nPDY的值由一個(gè)6位的脈寬延時(shí)時(shí)間選擇字PDY決定為減少開(kāi)關(guān)管頻繁開(kāi)關(guān)引起的附加損耗，脈沖取消字設(shè)定公式為： (3-4)式中nPDT的值由一個(gè)7位脈沖取消字P

30、DT決定調(diào)制波頻率計(jì)算式為： (3-5) 式中nPFS為16位控制字PFS的取值調(diào)制波幅值計(jì)算式為： (3-6)nA是RAMP、YAMP、BAMP各自對(duì)應(yīng)的取值，其范圍為0255在實(shí)際運(yùn)行中，nA的值要經(jīng)過(guò)適時(shí)調(diào)整、計(jì)算不斷改寫。本系統(tǒng)中，通過(guò)改變m、n和調(diào)整nA的取值改變輸出頻率，而通過(guò)調(diào)整nA的值可以改變輸出幅值讓m和n的設(shè)定值比例變化，可以在保持輸出幅值和頻率不變的情況下改變載波頻率15。STC通過(guò)8位P0端口同SA4828的地址、數(shù)據(jù)復(fù)用管腳AD0AD7相接，初始化SA4828，讀取SA4828內(nèi)部的看門狗定時(shí)器返回的信息，向SA4828的控制寄存器發(fā)送控制信息，SA4828的6個(gè)輸出

31、端口輸出的高電平用于控制相應(yīng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路SPWM產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)如圖3-2VDDP00-7P1P2AD0-7RSRDMUXALEWR CSSTCSA4828圖3-2 接口示意圖3.4控制電路設(shè)計(jì)控制電路以SA4828和ATMEL公司的STC單片機(jī)為核心，完成SPWM波的產(chǎn)生和系統(tǒng)的檢測(cè)、控制、更新顯示以及查詢按鍵功能： 當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，一旦通電后，單片機(jī)立即對(duì)SA4828進(jìn)行初始化，設(shè)定與逆變器有關(guān)的基本參數(shù)，包括設(shè)置載波頻率，調(diào)制波頻率范圍、脈沖延遲時(shí)間、最小刪除脈沖時(shí)間、調(diào)制波波形選擇、幅值控制、看門狗時(shí)間常數(shù)等參數(shù)。然后向SA4828的控制寄存器傳送電源的頻率控制字和幅度控制字等參數(shù)。正

32、常工作時(shí)，根據(jù)需要對(duì)SA4828的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的反饋與實(shí)時(shí)控制，以及調(diào)壓和調(diào)頻。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能，采用平均值反饋PI調(diào)節(jié)。輸出電壓經(jīng)隔離、取樣后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果參與PI運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果即為SA4828幅度控制寄存器的控制字。電壓調(diào)節(jié)時(shí)，用戶通過(guò)控制面板的電壓調(diào)節(jié)按鍵改變PI算法中電壓的給定值，通過(guò)PI調(diào)節(jié)改變輸出電壓。頻率的控制無(wú)須構(gòu)成閉環(huán)，調(diào)頻時(shí)，單片機(jī)根據(jù)用戶設(shè)定直接修改SA4828頻率控制寄存器的控制字，以改變電源輸出頻率。為能保存用戶調(diào)節(jié)結(jié)果，用戶調(diào)節(jié)后，將電壓、頻率給定值存入帶看門狗、欠壓保護(hù)的串行E2ROMX25045中，下次開(kāi)機(jī)時(shí)，從中調(diào)出電壓和頻率給定值。

33、系統(tǒng)采用LED顯示方式，同時(shí)顯示輸出電壓、電流和頻率，顯示電路以HD7279A為核心組成。必須強(qiáng)調(diào)的是：SA4828對(duì)時(shí)鐘信號(hào)較敏感，CPU內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)根本不能使SA4828正常工作，必須用獨(dú)立的外部振蕩電路產(chǎn)生工作時(shí)鐘，為使系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可使單片機(jī)與SA4828公用同一時(shí)鐘源。3.5 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路采用芯片IR2110，IR2110 是一種性能比較優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)集成電路。無(wú)需擴(kuò)展可直接用于小功率的變換器中，使電路更加緊湊。在應(yīng)用中如需擴(kuò)展，附加硬件成本也不高，空間增加不大。用IR2110驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路如下圖3-3：圖3-3 IGBT的驅(qū)動(dòng)電路3.6 電

34、壓、電流、頻率測(cè)量電路1、電壓測(cè)量電壓有效值可采用單片機(jī)真有效值測(cè)量芯片如AD637進(jìn)行測(cè)量。該芯片具有測(cè)量精度高，相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間快，頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。但AD637輸入電壓有效值范圍為0-7V，不適合直接測(cè)量逆變器輸出電壓。因此，測(cè)量前須對(duì)輸出電壓降壓。降壓器件可用電壓互感器降壓。電壓互感器可將高壓轉(zhuǎn)換為低壓輸出，轉(zhuǎn)換線性度好，精度高。電壓測(cè)量電路如下圖3-4：圖3-4 電壓測(cè)量電路2、電流測(cè)量采用電流互感器測(cè)量電流有效值。電流互感器可以將電流量線性變換為電壓量，通過(guò)測(cè)量電壓值可以方便的測(cè)量電流值。電流電壓變換器作測(cè)量用時(shí)與被測(cè)電路隔離，因此對(duì)被測(cè)電路影響很小。同時(shí)，具有能耗小、頻帶寬、信號(hào)還原性好

35、、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)。電壓有效值測(cè)量方案電壓輸出型電流互感器將輸出交流電流轉(zhuǎn)換為交流電壓；AD637將交流電壓轉(zhuǎn)換為有效值輸出，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器TCL549將測(cè)量數(shù)據(jù)送至單片機(jī)處理。電流互感器輸入電流與輸出電壓之間具有較好的線性關(guān)系。采用電壓輸出型電流互感器測(cè)量電流的電路如下圖3-5：圖3-5 電流測(cè)量電路3、頻率測(cè)量電路頻率測(cè)量中，電壓互感器經(jīng)LM311構(gòu)成的過(guò)零比較電路整形成方波，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行測(cè)頻。由于逆變器輸出波形頻率范圍較低（20-100HZ）因而可以用測(cè)周期的方法測(cè)量頻率?，F(xiàn)將待測(cè)正弦波整形成方波，然后用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器在方波的兩個(gè)上跳沿期間計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)值為N,技術(shù)周期為t，則待測(cè)

36、信號(hào)頻率為。該方案充分利用單片機(jī)資源，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，單片機(jī)測(cè)量20-100HZ的頻率精度可達(dá)0.2%，完全能夠滿足題目的要求，因此頻率測(cè)量采用該方案。3.7 鍵盤、顯示電路顯示電路以可編程數(shù)碼管鍵盤串行接口芯片HD7279A 為核心。HD7279A是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立LED）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤接口的全部功能。HD7279A內(nèi)部含有譯碼器可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼并同時(shí)具有2種譯碼方式。此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279A具有片選信

37、號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。圖3-6 HD7279A引腳HD7279特點(diǎn)：1、串行接口，無(wú)需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED；2、各位獨(dú)立控制譯碼/及消隱和閃爍屬性；3、（循環(huán)）左移（循環(huán)）右移指令；4、具有段尋址指令，內(nèi)含去抖動(dòng)電路；5、64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路；6、有DIP和SOIC兩種封裝形式供選擇；7、 引腳說(shuō)明如下表1；HD7279A引腳說(shuō)明:表5.1 HD7279A引腳說(shuō)明引腳名稱說(shuō)明1、2VDD正電源3、5NC無(wú)連接，必須懸空4VSS接地6CS片選輸入端，此引腳為低電平時(shí)，可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)7CLK同步時(shí)鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)

38、，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效8DATA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，當(dāng)芯片接收指令時(shí)，此引腳為輸入端：當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳在讀指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?KEY按鍵有效輸出端，平時(shí)為高電平，當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖?0-16SG-SA段g-段a驅(qū)動(dòng)輸出17DP小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出端18-25DIG0-DIG7數(shù)字0-數(shù)字7驅(qū)動(dòng)輸出26CLKO振蕩輸出端27RCRC振蕩器連接端28RESET復(fù)位端HD7279A與單片機(jī)連接方式圖3-7：圖3-7 HD7279A與單片機(jī)連接方式HD7279A采用串行方式與微處理器通訊，串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片，并由CLK端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗?/p>

39、平后，DATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫入HD7279A的緩沖寄存器。HD7279A應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管。應(yīng)用中，無(wú)需用到的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接，省去數(shù)碼管或?qū)?shù)碼管設(shè)置消隱屬性均不會(huì)影響鍵盤的使用。因?yàn)椴捎醚h(huán)掃描的工作方式，如果采用普通的數(shù)碼管，亮度有可能不夠，采用高亮或超高亮的型號(hào)，可以解決這個(gè)問(wèn)題。數(shù)碼管的尺寸，亦不宜選的過(guò)大，一般字符高度不宜超過(guò)1英寸，如果使用大型的數(shù)碼管，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路。HD7279A需要一外接的RC振蕩電路以供系統(tǒng)工作，其典型值分別為R=1.5K，C=15PF。如果芯片無(wú)法正常工作，請(qǐng)首先檢查此振蕩電路。在印刷電路板布線時(shí)，所有元件，尤其是振蕩電

40、路的元件應(yīng)盡量靠近HD7279A，并盡量使電路連線最短。HD7279的RESET復(fù)位端在一般應(yīng)用情況下，可以直接與正電源連接，在需要較高可靠性的情況下，可以連接一外部的復(fù)位電路，或直接由MCU（單片機(jī)）控制。在上電或RESET端由低電平變?yōu)楦唠娖胶?，HD7279A大約需要經(jīng)過(guò)1825ms的時(shí)間才會(huì)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。上電后，所有的顯示均為空，所有顯示位的顯示屬性均為“顯示”及“不閃爍”。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，KEY引腳輸出變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)如果接收到讀鍵盤指令，HD7279A將輸出所按下鍵的代碼。程序中，盡可能地減少CPU對(duì)HD7279A的訪問(wèn)次數(shù)，可以使得程序更有效率。因?yàn)樾酒苯域?qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示

41、，電流較大，且為動(dòng)態(tài)掃描方式，故如果該部分電路電源連線較細(xì)較長(zhǎng)，可能會(huì)引入較大的電源噪聲干擾，將HD7279A的正負(fù)電源端上并入去藕電容可以提高電路的抗干擾能力。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 控制模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用STC單片機(jī)作為主控器件，利用SPWM專用芯片SM2001產(chǎn)生SPWM信號(hào)送驅(qū)動(dòng)芯片IR2130。如第二章2-5所述，本系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋控制以達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的。 （1）程序流程圖單片機(jī)作為主控器件，負(fù)責(zé)變頻電源輸出端的信號(hào)采集，鍵盤輸入處理，顯示界面的顯示。單片機(jī)發(fā)出指令控制SM2001產(chǎn)生SPWM信號(hào)，頻率和末端電壓幅值由鍵盤輸入而改變。程序流程圖如圖3-1。圖4-1 程序流程圖（

42、2）SM2001初始化SM2001的工作狀態(tài)和輸出信號(hào)的參數(shù)是由內(nèi)部的寄存器控制。寄存器大小為8Bit，地址用3Bit的二進(jìn)制碼表示。故通訊數(shù)據(jù)為11Bit。以下對(duì)內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行說(shuō)明。1、頻率控制寄存器PFR(地址011)控制三相SPWM波的頻率，256級(jí)選擇精度，地址為011。它控制輸出的PWM合成的正弦波的頻率，三相波形的頻率是相同的，通過(guò)此寄存器進(jìn)行選擇。表4.1 寄存器數(shù)據(jù)B7B6B5B4B3B2B1B0Pf7Pf6Pf5Pf4Pf3Pf2Pf1Pf0輸出的三相波頻率fsin由式（1）算出fsin=fclk×PFR/(512×192×256) （4.1

43、）式中：fclk是系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率；PFRPFR寄存器的值(0255)。例如：如果時(shí)鐘頻率為20MHz，PFR=63，則三相正弦波的頻率為50.1Hz。2、調(diào)制度控制寄存器AMPR(地址010)改變輸出三相波的幅度，256級(jí)選擇精度，地址為010。它控制輸出的PWM合成的正弦波的幅度，三相波形的幅度是相同的，通過(guò)此寄存器進(jìn)行選擇。表4.1 AMPR寄存器數(shù)據(jù)B7B6B5B4B3B2B1B0Amp7Amp6Amp5Amp4Amp3Amp2Amp1Amp0輸出的三相波幅度Asin由式（2）算出Asin=（DC*AMPR/255）×100 (4.2)式中：DC為后級(jí)功率電路的直流電壓, AM

44、PRAMPR寄存器的值（1255）。例如：如果后級(jí)功率電路的直流電壓為60V，AMPR=217，選取純正弦波輸出，則輸出正弦波的峰值電壓為51.05V，有效值電壓為36.1V。3、PWM開(kāi)關(guān)頻率和窄脈沖寄存器FPDR（地址001）設(shè)置PWM載波的開(kāi)關(guān)頻率和要?jiǎng)h除的無(wú)效窄脈沖寬度，地址為001。PWM的開(kāi)關(guān)頻率是后級(jí)大功率管或大功率模塊的重要參數(shù)之一，它往往取決于后級(jí)功率電路的開(kāi)關(guān)時(shí)間、工作效率等要求。表4.1 FPDR寄存器數(shù)據(jù)B7B6B5B4B3B2B1B0CF1CF0PD5PD4PD3PD2PD1PD0PWM頻率選擇位CF1、CF0。當(dāng)CF1、CF0為11、10、01、00時(shí)，其對(duì)應(yīng)的分頻

45、系數(shù)N則分別為8、4、2、1。PWM開(kāi)關(guān)頻率fc由式（3）算出fc=fclk/（512×N） (4.3)例如：若時(shí)鐘頻率為20MHz，PWM頻率選擇字為11，則fc=20000000/(512×8)=4882HzPD5PD0為窄脈沖時(shí)間選擇位，窄脈沖的時(shí)間tpd由式（4）算出tpd=PD/（fc×512） (4.4)式中：PD窄脈沖時(shí)間選擇數(shù)值。窄脈沖刪除功能是指在PWM波中，由于后級(jí)電路的開(kāi)關(guān)時(shí)間問(wèn)題，小于tpd寬度的脈沖不能引起后級(jí)電路的動(dòng)作，可以被刪除去。4、死區(qū)時(shí)間選擇寄存器DTIM（地址100）設(shè)置PWM載波的死區(qū)時(shí)間寬度，地址為100。表4.1 DTI

46、M寄存器數(shù)據(jù)B7B6B5B4B3B2B1B0DT5DT4DT3DT2DT1DT0PWM載波的死區(qū)時(shí)間也是后級(jí)大功率管或大功率模塊的重要參數(shù)之一，它取決于后級(jí)功率電路的導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間。對(duì)于采用IGBT作為功率輸出的電路，則尤為重要。如果設(shè)置不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致功率電路燒毀或諧波失真增加，死區(qū)時(shí)間設(shè)置參見(jiàn)圖4-3。圖4-2死區(qū)時(shí)間設(shè)置死區(qū)時(shí)間tpdy由式（5）算出:tpdy=DT/（fc×512） （4.5）式中：DT死區(qū)時(shí)間選擇數(shù)值。本系統(tǒng)中由于驅(qū)動(dòng)芯片IR2130自帶死區(qū)時(shí)間，故此處將DT設(shè)為0.寄存器窄脈沖選擇和PWM頻率寄存器幅度控制寄存器AMPR頻率控制寄存器PFR死區(qū)時(shí)間控制寄存

47、器DTIM，fclk=20MHz ，VDD=60V，F(xiàn)PWM=4882Hz， tpd=25.6s，F(xiàn)sin=50Hz，tpdy=0s5、開(kāi)啟命令START（地址110）在完成芯片的各項(xiàng)參數(shù)的初始化設(shè)置后，通過(guò)往地址110中寫入5FH，即可以開(kāi)啟芯片的SPWM輸出。以后的參數(shù)改變，一旦寫入寄存器即立即表現(xiàn)出來(lái)，不必再使用開(kāi)啟命令了。（3）SM2001的使用1、三線同步串行接口SM2001的寄存器是通過(guò)一個(gè)三線同步串行接口進(jìn)行設(shè)置的。當(dāng)片選CS為低時(shí)，芯片進(jìn)入串行通信狀態(tài)，在每個(gè)時(shí)鐘CK的上升沿，數(shù)據(jù)線DA上的數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部緩沖器，當(dāng)11個(gè)數(shù)據(jù)位全部進(jìn)入緩沖器后，在最后一個(gè)CK脈沖的認(rèn)可下，數(shù)據(jù)被

48、轉(zhuǎn)入相應(yīng)的寄存器，且命令被立即執(zhí)行。地址和數(shù)據(jù)的低位在先傳入，分別為A0、A1、A2、D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。由于內(nèi)部的時(shí)序原因，在完成所有的數(shù)據(jù)輸入，CS恢復(fù)高電平后，必須在CK上額外地多加入一個(gè)時(shí)鐘，完成數(shù)據(jù)的認(rèn)可。RST接低電平時(shí)，芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)輸出端輸出高電平，各寄存器的內(nèi)容如表2所列。表4.2 復(fù)位狀態(tài)時(shí)各寄存器內(nèi)容寄存器窄脈沖選擇和PWM頻率寄存器幅度控制寄存器頻率控制寄存器死區(qū)時(shí)間控制寄存器寄存器復(fù)位值111111111100110000111110XX111111tpd=25.6s fc=4882Hz85%50Hz0復(fù)位主要是用來(lái)恢復(fù)INT異常中

49、斷的狀態(tài)。如果不是首次上電，復(fù)位并不能清除開(kāi)啟命令。在芯片工作中時(shí)復(fù)位，芯片將以初始化條件輸出PWM波形，所以應(yīng)配合使用OE的功能，首先關(guān)閉SPWM輸出（OE=0），復(fù)位電路（RST上加入一個(gè)負(fù)脈沖），在設(shè)置好需要的參數(shù)后，再開(kāi)啟OE，才能正常的輸出波形。當(dāng)采用20MHz的時(shí)鐘時(shí)，表2中的缺省條件表示PWM的頻率為4882Hz，死區(qū)和短脈沖時(shí)間為25.6s，正弦波頻率為50Hz，合成正弦波峰值幅度為電源的85。（注意：在芯片的OE不為高，或MCU未發(fā)送開(kāi)始命令時(shí)，U、V、W端口并沒(méi)有實(shí)際的SPWM輸出）當(dāng)芯片首次上電時(shí)，也將自動(dòng)復(fù)位所有的寄存器為內(nèi)部初始值，且芯片的輸出端保持高電平（不輸出時(shí)的缺省狀態(tài)）。（