电源模块：应急电源逆变电路设计
顶源电源小编为大家介绍：逆變器是應急電源的首要組成有些。為了實現應急電源中逆變器輸出沟通電壓的適時調節，減小輸出電壓諧波達到逆變電路數字化操控目的，三相逆變電路选用了正弦脈寬調制(SPWM)操控办法，以C8051F020單片機和SA4828為中心，完结對SPWM波的產生及系統的操控。运用單片機特有的端口連接完结外圍操控功用，這樣就減少了應急電源對波形產生的處理時間，保證波形具有較高精度，并且電路硬件連接簡單,模块电源www.gztoppower.com.
隨著社會發展，越是信息化、現代化，就越依賴於電力，突然斷電會給人們正常的日子秩序和學習帶來影響，特别對於生產、日子中特別首要的負荷，一旦中斷供電，將會构成重大的經濟損失。應急電源產品已成為许多首要場所必不可少的首要設備，也是能夠最有用地解決停電事端和電力質量不穩定等問題的有用途徑，而逆變電路是應急電源的首要組成有些。逆變電路在應急電源中的效果是當市電斷電或發生異常時，將蓄電池供给的直流電壓逆變為三相沟通電輸出，以保證首要負荷或設備的正常運行。现在，逆變電源大多选用正弦波脈寬調制(SPWM)技術，其操控電路大多选用模擬办法實現。模擬操控技術雖然已經十分成熟，但存在许多缺點如：操控電路的元器材多，電路複雜，體積較大，靈活性不夠等。这篇文章設計了一種全數字化的三相PWM逆變電源，运用專用SPWM波形發生器與單片機連接產生逆變驅動信號SPWM波，設計中選用了單片機C8051F020操控和MITEL公司的SA4828芯片作為波形發生器。
逆變電路的結構與作业原理
圖1是逆變電路的構成。由蓄電池供给的直流電通過三相逆變電路變為沟通電，其基波頻率是逆變電源的輸出頻率，該沟通信號經過輸出變壓器隔離，再由低通濾波器濾去諧波，獲得負載所需的三相正弦沟通電。
圖1逆變電路的結構
在逆變電路中，逆變器及其操控是逆變電路的中心。逆變器的操控选用SPWM操控办法，这篇文章运用SPWM波發生器和單片機實現對逆變器及輸出電壓的操控。由操控器產生的SPWM波操控開關器材的通斷，從而操控輸出電壓及其波形，並使輸出電壓穩定。
三相逆變器主電路設計
三相逆變器主電路如圖2所示，是由三相逆變橋、變壓器、濾波器組成。
圖2 三相逆變主電路圖
逆變器開關器材选用6單元IPM智能功率模塊。LCR低通濾波器中電感L的效果是按捺高次諧波通過;電容C為逆變器產生的高次諧波供给旁路;電阻R起阻尼效果，避免或按捺諧波的產生。在市電作业中斷或许不正常時，蓄電池電壓被加到直流總線上，通過由智能功率模塊組成的逆變器，然後通過由LCR組成的濾波器和三相功率變壓器，构成相電壓為220 V的三相正弦沟通電給負載供電。三相逆變器的開關器材选用日本富士公司型號為PM100CVA60六單元IPM智能功率模塊，其耐壓可達600 V，集電極最大允許電流100 A，安全作业區較寬，驅動功率小、開關頻率高、飽和壓下降。别的該模塊還具有帶過流操控、濾波器體積小、噪聲低、易散熱、可靠性高级特點。模塊的驅動信號為正弦脈寬調制(SPWM)信號。
功率元件智能功率模塊IGBT-IPM是以功率器材IGBT為主體，同時把驅動電路、多種保護電路及報警電路等功用電路集成在同一模塊內的新型混合集成電路。用智能功率模塊作為電源的功率器材，能够簡化硬件電路的設計，縮小電源體積，更首要的是进步了系統的安全性和可靠性。在選用智能功率模塊IPM時，根據電壓和電流的定額選擇。功率元件的電流定額考慮(2～3)倍的安全裕量。計算電流時應滿足在輸入電壓波動為最低時仍能滿足輸出功率。根據給定的技術參數計算功率元件的最大輸出功率、額定電流值、額定電壓值，最終選用100 A/600 V的智能功率模塊，型號為PM100CVA60.
逆變操控器設計
操控電路的功用首要是產生SPWM驅動信號。SPWM是實現逆變器輸出沟通電壓調節、減小輸出電壓諧波的一種操控办法。运用SPWM操控構成的逆變器調節功用好，調節速度快，可使調節過程中頻率和電壓相配合，以獲得好的動態功用，輸出電壓波形接近正弦。為了實現此功用及逆變電路的數字化，这篇文章运用單片機和專用SPWM波形發生器SA4828集成電路構成逆變操控器。該種办法軟件編程簡單，應急電源對波形產生的處理時間少，並能保證波形具有較高精度，并且硬件連接簡單。
1、三相SPWM波形發生器SA4828
1.1、SA4828的功用特點
SA4828是英國MITEL公司研制出的一種專用於三相SPWM信號發生和操控的集成電路芯片。具有精度高、抗幹擾能力強、外圍電路簡單、無溫漂等優點，首要用於逆變電源、變頻調速及應急電源等工業領域。芯片的首要特性是：具有增強型微處理器接口，可與更多單片機兼容;能够單獨調整各相輸出，能够用於恣意不平衡負載;內置“看門狗”定時器進行監控，程序運行安全可靠;供给了軟複位操控功用;調制波頻率选用16位，增加了頻率的分辨率，进步了逆變器輸出頻率的精度;片內ROM供给三種可供選擇的波形，適用於多種應用場合，其间能供给的純正弦波可用於靜止逆變電源和單相沟通調速。
1.2、SA4828的作业原理
SA4828原理框圖如圖3所示。它接收並存儲微處理器初始化指令和操控指令，首要由總線操控、地址/數據總線、存儲器、操控寄存器組成，以操控字的方式實現。三相輸出操控電路的每相輸出操控電路由脈沖撤销和脈沖延時電路構成，脈沖撤销將脈沖寬度小於撤销時間的脈沖去掉，延時電路保證死區間隔，以避免在轉換瞬間橋路開關器材出現直通現象。
圖3 SA4828原理
三種不一样波形的選擇通過傳輸給初始化寄存器和操控寄存器的指令來設置三種波形ROM.“看門狗”電路在承受單片機發出的指令時，一旦出現問題，總線操控會發出複位“看門狗”信號，使“看門狗”延時關斷驅動信號。SA4828增設了8個寄存器單元以进步頻率精度及能獨立操控三相波形幅值。系統進行初始化時，微處理器通過SA4828內部的總線操控和譯碼電路向其初始化寄存器中寫數據，完结載波頻率、調制頻率的范圍、脈沖延遲時間及計數器複位的設置。在運行過程中，實時地向操控寄存器中寫數據，實現對調制波頻率、調制波幅值、正/反轉、過調制、輸出制止等參數的改写，使RPHT，RPHB，YPHT，YPHTB，BPHTB，BPHT6個引腳輸出的SPWM信號發生改變。
2、操控電路硬件設計
以SA4828與單片機C8051F020為中心構成的操控器電路設計如圖4所示。操控電路根據給定的參數輸出三相SPWM信號給智能功率模塊IP-M，實現對功率晶體管的通斷操控。C8051F020通過8位P0端口與SA4828的地址、數據管腳AD0～AD7相連，作业時，單片機首要對SA4828進行初始化，定義載波頻率，電源頻率范圍、死區、最小脈沖撤销時間等參數。然後向SA4828的操控寄存器傳送電源的頻率操控字和起伏操控字等參數。正常作业時，根據需求對SA4828的操控數據進行修正，實現系統的反饋與實時操控，以及調壓操控。為實現系統的穩壓功用，选用平均值反饋PI調節。輸出電壓經隔離送入C8051F020單片機的A/D轉換口即P3.0口，轉換結果參與PI運算，運算結果即為SA4828起伏操控寄存器的操控字。從RPHT～BPHB的6個引腳輸出相應頻率和電壓的SPWM操控信號，經隔離電路後，分別操控智能功率模塊IPM的6個IGBT的導通與截止，最後在3個輸出端上產生對稱的三相SPWM電壓。SA4828作為單片機的外設，與單片機並聯，通過對單片機編程，只需將SPWM的初始化信息和操控信息寫入SA4828的相關寄存器，即產生精確的全數字化的三相的SPWM波形。
圖4 SA4828的接口
3、操控電路軟件設計
軟件是逆變器操控系統的中心，它決定逆變器的輸出特性。SA4828產生SPWM信號的程序流程如圖5所示。
對SA4828芯片的操控是通過微處理器接口將相應的參數送入芯片內部的2個48位的寄存器R14，R15來實現的，它們是初始化寄存器和操控寄存器。數據先被讀入一系列臨時寄存器R0～R5中，然後通過一條虛擬的寫操作將數據傳送至相應的R14，R15寄存器。單片機先將SA4828複位，向其傳送初始化參數和操控參數後，SA4828即能够輸出SPWM波，逆變器隨後處於作业狀態。同時單片機不斷查詢輸出狀態，以便隨時調整SPWM輸出特性。對SA4828芯片的操控是通過微處理器接口將相應的參數送入芯片內部的兩個48位初始化寄存器R14和操控寄存器R15來實現的。數據先被讀入臨時寄存器R0～R5中，然後通過一條虛擬的寫操作將數據傳送至相應的R14，R15寄存器。只需系統正常作业，看門狗定時器就不斷被更新，以避免其溢出而中斷SPWM輸出。逆變器操控系統的主程序流程圖如圖6所示。
圖5 SA4828產生SPWM信號流程圖
圖6 逆變器操控系統
單片機在初始化程序中完结對單片機、SA4828以及其他可編程器材的初始化，接著對市電進行檢測，假如市電不正常，則啟動逆變器作业，通過操控將開關元件切換至逆變器輸出。並將輸入狀態存入操控寄存器，顯示數據，假如輸出電壓或保護等發生改變，則報警輸出以采纳措施使系統正常運行。
結語
逆變主電路选用的智能功率模塊不僅使電路結構簡單，并且使得出現的浪湧電壓、門極振蕩、噪聲导致的幹擾等問題能有用得到操控。三相逆變電路SPWM操控办法，运用專用SPWM產生器和單片機構成逆變器的操控系統，設計簡單，操控電路运用器材少，因此可下降成本、进步可靠性,电源模块www.gztoppower.com.
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