80c196mc波形发生器和智能功率模块在逆变器中的应用

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1、80C196MC波形发生器和智能功率模块在逆变器中的应用

2、第1摘要：利用Intel公司的80C196MC片内波形发生器可简化产生P波形的软、硬件设计，而三菱公司的PM100CSA120智能功率模块则是将功率器件、驱动电路和保护逻辑电路集于一身的智能型功能模块，将这两种器件用于逆变电路中可大大简化系统设计并提高系统的可靠性。文中给出了利用PM100CSA120和80C196MC简化系统设计的电路结构。1引言无源逆变技术在交流电动机调速、不间断电源、交-直-交变频电路等方面已经有了非常广泛的应用。而脉宽调制技术更是以其谐波抑制、动态响应、频率和效率等方面的明显优势取得

3、了很大的发展。特别是在自关断器件出现成熟以后，逆变电路越来越多地采用脉宽调制控制方式。500)this.style.ouseg(this)">采用硬件产生正弦脉宽调制波形的电路比较复杂，而且难以精确控制；而采用软件产生正弦脉宽调制波形又需要占用大量的CPU开销，从而降低了计算机的利用率；另外，大功率电力电子器件的保护和控制都比较困难，驱动电路也较复杂。这些因素都阻碍了逆变技术的发展，降低了装置的可靠性。本文介绍一种将80C196MC单片机的片内波形发生器（）应用于逆变电路的实现方案。2片内波形发生器片内波形发生器C/MD单片机所独有的特点，它简化了产生同步脉宽调制

4、波形所需的控制软件和外部硬件，其结构如图1所示。Intel80C196MC/MD单片机中的波形发生器有3个同步的P模块（图1中只画出一个），每个模块包括一个相位比较寄存器E）时间发生器和一对可编程输出。在重装寄存器波形，但它们有共同的载波频率、无信号时间和操作方式。图2以中心对准工作方式0为例来说明波形发生器产生P波形的原理。开始时，双向计数器向上计数，原始输出有效。当输出波形。500)this.style.ouseg(this)">为防止一对互补的P同时作为于逆变器的上下臂而产生直通，保证中IGBT的关断时间决定，同时还与单片机输出隔离器件的延迟时间有关。死区时

5、间不能太长。因为太长的死区时间可能导致输出，理论上要保证脉冲宽度不小于3T-dead。由上述80C196MC单片机的波形发生器波形的基本原理可知，要产生正弦脉宽调制SP波形，必须按正弦规律来控制波形的占空比。因此在OSFET和电力晶体管GTR的复合，它把MOSFET的驱动功率小、开关速率快的特点和GTR通态压降小、载波能力大的优点集于一身，因而性能十分优越，从而使之成为现代电力电子技术的主导器件。但是在实际电路中，大功率、高频率的开关操作动态条件非常荷刻。功率电路，缓冲电路还有门极驱动电路必须设计到足以承受di/dt和dv/dt极限值。如果过电压就会发生。同时地环

6、路和杂散电容还会引起严重的噪声问题。因此合理的布局对于IGBT的可靠性和工作效率是非常重要的。哪一个环节没有设计好都会影响电路的正常工作，甚至将器件损坏。三菱智能功率模块IPM（IntelligentPoouseg(this)">（3）过流保护IPM可用电流传感型IGBT对模块进行在线监测，如果通过IPM的电流超过过电流门限值OC且持续时间达到toff(OC)时，保护电路将闭锁门极驱动并产生故障信号。这段持续时间是为了避免通过IPM的瞬时类峰所造成的保护误动。（4）短路保护如果发生短路，即电流超过短路电流门槛值SC时，保护将立即动作并发出信号。以上保护电路可使功率

7、器件因操作不当或控制故障而损坏泊可能性大大降低，更重要的是提高了系统的可靠性。其IPM内部最佳设计的驱动电路缩短了逆变装置的开发周期，从而也进一步提高了可靠性。4电路结构使用IPM和80C196MC可使整个电路简洁明了。虽然IPM内部结构设计完善，但对于大功率逆变器仍然有必要提供合理的缓冲电路，500)this.style.ouseg(this)">以消除因线路电感而引起的过电压和du/dt。如上所述，P控制信号必须隔离后再进入IPM模式，并且需要给IPM内部驱动保护电路提供隔离的15V电源。输出经变压器后还要作滤波处理以获得良好的正弦波形。直流输入端的电压传感器

8、和电流传感器用于为控制提供保护信号；交流输出端的电压电流互感器所提供的反馈信号用于自动调整逆变器的输出电压和频率，同时也可作为过载保护的依据。另外，载波频率不能太低，因为频率较低时，口音污染比较严重，而且影响输出波形；但是，载波频率也不能太高，因为高频的开关损耗较大，且较大的死区时间所占比例将使输出电压偏低。这就是80C196MC单片机片内波形发生器在产生SP波时必须在每个载波周期内中断一次的原因，如果载波频率过高，程序将频繁中断而使程序无法正常运行。所以最好选在10kHz～15kHz范围内。该结构除了工频变压器的体积稍大外，其它均不需要太大空间。具体电路如图4所

9、示。5结束