基于單片機(jī)的變頻調(diào)速

科技論文 題 目： 基于單片機(jī)的變頻調(diào)速設(shè)計(jì) 院 (系)： 電子與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名： 鄧 龍 學(xué) 號(hào)： 基于單片機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鄧 龍 （湖北科技學(xué)院 電氣工程及其自動(dòng)化，湖北咸寧 ） 摘要 ：本文介紹了一種利用專用集成電路SA4828 設(shè)計(jì)電機(jī)變頻調(diào)速的方法。系統(tǒng)主要包括主電路與控制電路，主電路采用IPM智能功率模塊作為電機(jī)的控制?？刂齐娐酚蒑CS-51系列的8051單片機(jī)最小系統(tǒng)和SA4828 三相SPWM 產(chǎn)生器及少量的擴(kuò)展外圍芯片構(gòu)成，充分發(fā)揮其控制電路簡(jiǎn)單、控制方式靈活、輸出波形優(yōu)點(diǎn)多的特點(diǎn)，結(jié)合相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速要求。其中主要內(nèi)容包括：SA4828的特性介紹及變頻系統(tǒng)的主電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、速度檢測(cè)、調(diào)速系統(tǒng)及軟件編程設(shè)計(jì)方法。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速的全數(shù)字化控制，實(shí)時(shí)性好，可靠性高。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) SA4828 變頻調(diào)速 SPWM 電動(dòng)機(jī) The Design of Motor VVVF System Based On MCUAbstract: This article describes a use of SA4828 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) design motor VVVF system. The system includes the main circuit and control circuit, main circuit used as the Intelligent Power Module IPM motor control. The control circuit is constituted by the MCS-51 series of 8051 systems、three-phase SPWM generator SA4828 and the expansion of a small number of peripheral chips. Give full play to its control circuit is simple, flexible control, the advantages of multi-output waveform characteristics, combined with appropriate software, to achieve the speed requirements of motor control. The system has all-digital VVVF control, real-time, and high reliability.Key words: MCU SA4828 VVVF SPWM Motor-Control對(duì)于可調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動(dòng)機(jī)電流形式分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩類。它們最大的不同之處主要在于交流電力拖動(dòng)免除了改變直流電機(jī)電流流向變化的機(jī)械向器整流子。 20世紀(jì)70年代后，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美。許多傳統(tǒng)的由直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)拖動(dòng)的工業(yè)設(shè)備改由交流變額調(diào)速系統(tǒng)拖動(dòng)，從而提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。隨著變頻調(diào)速應(yīng)用的日益廣泛，相關(guān)技術(shù)的日益成熟，人們不僅對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的精度要求越來越高，而且對(duì)控制的功能要求越來越多，對(duì)系統(tǒng)的智能化要求越來越高，對(duì)系統(tǒng)的抗擾能力要求越來越高，以滿足生產(chǎn)的需求并適應(yīng)不同的工作環(huán)境。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性：調(diào)速時(shí)平滑性好，效率高。低速時(shí)，特性靜關(guān)率較高，相對(duì)穩(wěn)定性好； 調(diào)速范圍較大，精度高；起動(dòng)電流低，對(duì)系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯；變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過載能力大為降低。交流電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格低廉，維修方便，故而應(yīng)用面很廣，幾乎所有的調(diào)速傳動(dòng)都采用交流電動(dòng)機(jī)。盡管從1930年開始，人們就致力于交流調(diào)速系統(tǒng)的研究，然而主要局限于利用開關(guān)設(shè)備來切換主回路達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，制動(dòng)和有級(jí)調(diào)速的目的。變極對(duì)調(diào)速，電抗或自藕降壓?jiǎn)?dòng)以及繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的有級(jí)調(diào)速都還處于開發(fā)的階段。交流調(diào)速緩慢的主要原因是決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要因素的交流電源頻率的改變和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制都是非常困難的，使交流調(diào)速的穩(wěn)定性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性以及效率均不能滿足生產(chǎn)要求 。后來發(fā)展起來的調(diào)壓，調(diào)頻控制只控制了電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通，而不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)距。本文主要內(nèi)容是研究采用單片機(jī)89C51與SA4828芯片組成SPWM波發(fā)生電路，并結(jié)合智能功率模塊IPM，通過軟件編程控制電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。1概述1.1 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型可關(guān)斷器件，如BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實(shí)用化，使得開關(guān)高頻化的PWM 技術(shù)成為可能。目前功率半導(dǎo)體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能化方向發(fā)展。脈寬調(diào)制技術(shù)PWM （Pulse Width Modu- lation）就是利用功率半導(dǎo)體器件的高頻開通和關(guān)斷，把直流電壓變成按一定寬度規(guī)律變化的電壓脈沖序列，以實(shí)現(xiàn)變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM技術(shù)可分為三大類：正弦PWM、優(yōu)化PWM 及隨機(jī)PWM。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高，這使得全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。目前適于交流傳動(dòng)系統(tǒng)的微處理器有單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal ProcessorDSP）、專用集成電路（Application Specific Integrated CircuitASIC）等。其中，高性能的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用超高速緩沖儲(chǔ)存器、多總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu)等。核心控制算法的實(shí)時(shí)完成、功率器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生以及系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)功能都可以通過微處理器實(shí)現(xiàn)，為交流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制提供很大的靈活性，且控制器的硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高， 成本低，使得微處理器組成全數(shù)字化控制系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能價(jià)格比。1.2 交流調(diào)速系統(tǒng)在交流調(diào)速技術(shù)中，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：變極調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速。其中變頻調(diào)速具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。 1.3 單片機(jī)控制的變頻調(diào)速 微處理器（單片機(jī)）取代模擬電路作為電動(dòng)機(jī)的控制器，具有如下特點(diǎn)：（1）使電路更簡(jiǎn)單。模擬電路為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路更復(fù)雜，采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件來實(shí)現(xiàn)。（2）可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。微處理器具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快，精度高，有大容量的存儲(chǔ)單元。因此，有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。（3）靈活性和適應(yīng)性。微處理器的控制方式是有軟件來實(shí)現(xiàn)的，如果需要修改控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路，只須修改程序即可，在系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)時(shí)，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。 （4）無零點(diǎn)漂移，控制精度高 數(shù)字控制不會(huì)出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇見的零點(diǎn)漂移問題，無論被控量是大還是小，都可以保證足夠的控制精度。（5）可以提供人機(jī)界面，多機(jī)連網(wǎng)工作。2 電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)2.1 變頻調(diào)速原理 （2.13）由上式可知，在電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)不變的情況下，通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，通常要考慮的一個(gè)重要因素是，希望保持電機(jī)中每極磁通量為額定值，并保持不變。如果磁通太弱，即電機(jī)出現(xiàn)欠勵(lì)磁，將會(huì)影響電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，由 （2.14）（式中 ：電磁轉(zhuǎn)矩，：主磁通，：轉(zhuǎn)子電流，:轉(zhuǎn)子回路功率因素，：比例系數(shù))，可知，電機(jī)磁通的減小，勢(shì)必造成電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的減小。由于電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的磁通常處于接近飽和值，如果進(jìn)一步增大磁通，將使電動(dòng)機(jī)鐵心出現(xiàn)飽和，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)中流過很大的勵(lì)磁電流，增加電動(dòng)機(jī)的銅損耗和鐵損耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電動(dòng)機(jī)。因此，在改變電動(dòng)機(jī)頻率時(shí)，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以維持電動(dòng)機(jī)磁通的恒定。2.2 單片機(jī)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)2.2.1 系統(tǒng)框圖圖2.1 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖外圍設(shè)備（如串口、鍵盤、顯示等）AT89C51SA4828電動(dòng)機(jī)回 路檢測(cè)電路A/D保護(hù)電路 2.2.2 硬件系統(tǒng)原理圖圖2.2 單片機(jī)與SA4828控制的變頻系統(tǒng)原理圖 該硬件系統(tǒng)主要包括主電路與控制電路兩個(gè)部分，其中主電路包括交-直-交變頻電路（本設(shè)計(jì)采用IPM集成模塊）與電動(dòng)機(jī)；控制電路包括89C51主控制模塊、SA4825產(chǎn)生SPWM波模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及外圍設(shè)備模塊（如鍵盤輸入、液晶顯示、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換以及串口等）。以CPU為核心，配以鍵盤、顯示、通訊等設(shè)備，完成對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的速度控制。這里選用了ATMEL公司的89C51單片機(jī)，它與Intel 51系列單片機(jī)完全兼容。其內(nèi)部配置了8KB的Flash Memory ，無須擴(kuò)展外部存貯器。同時(shí)這種8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)與SA4828完全兼容，可以直接相連。給定轉(zhuǎn)速nO可以用三種方式設(shè)定：鍵盤、電位器和上位機(jī)。用8位LED分別顯示給定轉(zhuǎn)速nO和實(shí)際轉(zhuǎn)速n，一目了然。系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、調(diào)速效果、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的跟蹤情況都可以傳送到上位機(jī)，以表格或曲線的形式輸出，以便于觀察分析。3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)3.1 IPM模塊IPM（Intelligent Power Module），即智能功率模塊，不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起。而且還內(nèi)藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到CPU。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以保證IPM自身不受損壞。IPM一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件，內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路的集成結(jié)構(gòu)。IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場(chǎng)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器和各種逆變電源，是變頻調(diào)速、冶金機(jī)械、電力牽引、伺服驅(qū)動(dòng)、變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1。圖圖3.1 IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.1.1 IPM驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路是IPM主電路和控制電路之間的接口，良好的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。 1. IGBT的分立驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) IGBT的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)問題亦即MOSFET的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)問題。 2. IPM驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 現(xiàn)以PM100DSA120為例進(jìn)行介紹。PM100DSA120是一種D型的IPM，內(nèi)部封裝了兩個(gè)IGBT，工作在1200V/100A以下，功率器件的開關(guān)頻率最大為20kHz。由于IPM內(nèi)置了驅(qū)動(dòng)電路，與IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)相比，外圍驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較方便，只要能提供15V直流電壓即可。 圖3.2 IPM外部驅(qū)動(dòng)電路圖3.2所示的是一種典型的高可靠性IPM外部驅(qū)動(dòng)電路方案。來自控制電路的PWM信號(hào)經(jīng)R1限流再經(jīng)高速光耦隔離并放大后接IPM內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路并控制開關(guān)管工作，F(xiàn)O信號(hào)也經(jīng)過光耦隔離輸出。其中每個(gè)開關(guān)管的控制電源端采用獨(dú)立隔離的穩(wěn)壓。15V電源，且接1只10F的退耦電容器(圖中未畫出)以濾去共模噪聲。Rl根據(jù)控制電路的輸出電流選取如用MCU產(chǎn)生PWM，則R1的阻值可為330。R2根據(jù)IPM驅(qū)動(dòng)電流選值，一方面應(yīng)盡可能小以避免高阻抗IPM拾取噪聲，另一方面又要足夠可靠地控制IPM?？稍?k6.8k內(nèi)選取。C1為2端與地間的O.1F濾波電容器，PWM隔離光耦可選用HCPIA503型、HCPIA504型、PS204l型(NEC)等高速光耦，且在光耦輸入端接1只O.1F的退耦電容器(圖中未畫出)。FO輸出光耦可用低速光耦(如PC817)3.2 89C51主控制模塊89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。 3.2.1 SA4828的引腳功能 圖3.7 SA4828芯片圖圖3.6 SA4828管腳圖它有14 個(gè)輸入端、3 個(gè)控制端、9 個(gè)輸出端、2 個(gè)電源端，其主要端子的功能和接法如下：（1）輸入類引腳說明AD0AD7：地址或數(shù)據(jù)通道，其功能是將單片機(jī)輸出指令或數(shù)據(jù)送入SA4828。 SET TRIP：通過該引腳，可以快速關(guān)斷全部SPWM信號(hào)輸出，當(dāng)其有效時(shí)，TRIP端輸出高電平，指示燈亮。RST ：為硬件復(fù)位引腳，低電平有效，復(fù)位后，寄存器的INH、CR、WTE和RST 各位為0。CLK：時(shí)鐘輸入端，SA4828 既可以單獨(dú)外接時(shí)鐘，也可以與單片機(jī)共用時(shí)鐘；MUX：用于總線選擇。當(dāng)MUX高電平時(shí)，使用地址與數(shù)據(jù)共用的總線，這時(shí)，地址/數(shù)據(jù)引腳RS不用；當(dāng)MUX低電平時(shí)，使用地址與數(shù)據(jù)分開的總線，這時(shí)，地址鎖存引腳ALE接低電平，RS引腳要與一條地址線相連，來區(qū)分輸入的字節(jié)是地址（低電平），還是數(shù)據(jù)（高電平），通常先地址后數(shù)據(jù)。CS ：片選引腳，與微機(jī)系統(tǒng)的輸出端相連。WR 、RD、ALE：用于“RD/WR”模式，分別接受寫、讀、地址鎖存指令。（2）輸出類引腳說明：RPHB、YPHB、BPHB：這些引腳通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的R、Y、B 相的下臂開關(guān)管；RPHT、YPHT、BPHT：這些引腳通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的R、Y、B相的上臂開關(guān)管；它們都是標(biāo)準(zhǔn)的TTL輸出，每一個(gè)輸出都有12mA 的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)6個(gè)EXB840 快速型IGBT 專用驅(qū)動(dòng)模塊。TRIP：該引腳輸出一個(gè)鎖存狀態(tài)，當(dāng)SET TRIP 有效時(shí)，TRIP為低電平，表示輸出已被封鎖。它有12mA的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED 指示燈；ZPPR：該引腳輸出調(diào)制波頻率；WSS：該引腳輸出采樣波形。3.2.2 SA4828內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.8 SA4828內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3.10 片內(nèi)ROM存儲(chǔ)的波形SA4828內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由圖3.8所示。來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)通過總線控制和譯碼進(jìn)入初始化寄存器或控制器。他們對(duì)相控邏輯電路進(jìn)行控制。外部時(shí)鐘輸入經(jīng)分頻器分成設(shè)定的頻率，并生成三角形載波，三角載波與所選定的片內(nèi)ROM中的調(diào)制波形進(jìn)行比較，自動(dòng)生成SPWM輸出脈沖。通過脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖（如圖3.9所示），因?yàn)檫@樣的脈沖不起任何作用，只會(huì)增加開關(guān)管的損耗。通過脈沖延遲電路生成死區(qū)，保證任何橋臂上的兩個(gè)開關(guān)管不會(huì)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路?？撮T狗定時(shí)器用來防止程序跑飛，當(dāng)時(shí)間條件滿足時(shí)快速封鎖輸出。片內(nèi)ROM存有3種可供選擇的波形，它們是純正弦波形、增強(qiáng)型波形和高效型波形（如圖3.10所示）。每種波形各有1536個(gè)采樣值。增強(qiáng)型波形又稱三次諧波，它可以使輸出功率提高20%，三相諧波互相抵消，防止電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。高效型波形又稱帶死區(qū)的三次諧波，它是進(jìn)一步優(yōu)化的三次諧波，可以減小逆變開關(guān)管的損耗，提高功率利用率。 寄存器列陣包含8個(gè)8位寄存器R0R5和R14、R15。其中R0R5用來暫存來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)，這些可能是初始化數(shù)據(jù)或者控制數(shù)據(jù)；而R14、R15 是兩個(gè)虛擬的寄存器，物理上不存在。當(dāng)R14寫操作時(shí)，實(shí)際是將R0R5中存放的48位數(shù)據(jù)送入初始化寄存器；而向R15寫操作時(shí)，是將R0R5中存放的48位數(shù)據(jù)送入控制寄存器。3.3 驅(qū)動(dòng)模塊SA4828輸出的6路控制信號(hào)是TTL電平的，它們不能直接驅(qū)動(dòng)IPM中的6個(gè)IGBT。原因有兩個(gè)：IGBT需要的開關(guān)信號(hào)幅值約為10V，TTL電平不能勝任；逆變橋中三個(gè)下橋臂是共地的，而三個(gè)上橋臂是懸浮的，SA4828輸出的6路信號(hào)均是共地的，必須加以隔離。因此驅(qū)動(dòng)電路的任務(wù)有兩個(gè)：電平轉(zhuǎn)換和隔離。1 電平轉(zhuǎn)換IGBT一般用集成電路芯片來驅(qū)動(dòng)，常用電路有富士公司的EXB840、841、850、851系列、三菱公司的M5796系列等。這里介紹一種東芝公司的產(chǎn)品TLP250，電路非常簡(jiǎn)單。圖3.13 TLP250驅(qū)動(dòng)電路TLP250采用8腳的DIP封裝，引腳如圖4。輸入端光耦的隔離電壓達(dá)到3000V，輸入電流為510mA，可以驅(qū)動(dòng)100A/600V的IGBT。它采用單電源供電，使用時(shí)須外接一個(gè)電阻和一個(gè)10V的穩(wěn)壓管，把25V的隔離電源變?yōu)?15V的導(dǎo)通電壓和10V的關(guān)斷電壓。2 隔離電源為了驅(qū)動(dòng)主電路逆變橋的三個(gè)上橋臂的IGBT，必須給每一路提供一個(gè)隔離的25V電源而三個(gè)下橋臂可以共用一個(gè)電源。此外，SA4828及單片機(jī)系統(tǒng)還需要+5V電源以及異步通訊所需的12V電源，一共需要7路電源，如圖5所示。該電源可以采用線性電源，也可采用開關(guān)電源。前者體積大，笨重，但電路簡(jiǎn)單，各路電源完全獨(dú)立，調(diào)試容易。后者則輕便、小巧，電路相對(duì)較復(fù)雜。采用單片開關(guān)電源芯片可大大簡(jiǎn)化電路。 3.4 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊該模塊主要是將對(duì)主電路進(jìn)行的實(shí)時(shí)檢測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而后傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。常見的A/D轉(zhuǎn)換器有計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，并行直接比較式A/D轉(zhuǎn)換器，V/F式A/D轉(zhuǎn)換器等。本系統(tǒng)需處理多路模擬信號(hào)，故采用ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換模塊，它采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換；其片內(nèi)帶有鎖存功能的8 路模擬開關(guān)，可對(duì)8路05V的輸入模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 完成一次轉(zhuǎn)換約需100s。其輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器,可直接與單片機(jī)通信。 圖3.15 AD0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3.16 AD0809管腳圖ADC0809管腳說明ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3.16所示，各引腳功能如下： IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 3.5 速度反饋采用轉(zhuǎn)速編碼器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速，可以構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速編碼器的主要有兩種，一種是增量型，另一種是絕對(duì)型。增量型的特征是只有在旋轉(zhuǎn)期間會(huì)輸出對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度脈沖，停止是不會(huì)輸出。它是利用計(jì)數(shù)來測(cè)量旋轉(zhuǎn)的方式；價(jià)格比較便宜。絕對(duì)型的的特征是不論是否旋轉(zhuǎn)，可以將對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行平行輸出的類型，不需要計(jì)數(shù)器可確認(rèn)旋轉(zhuǎn)位置；它還有不受機(jī)械的晃動(dòng)或震動(dòng)以及開關(guān)等電器干擾的功能，價(jià)格貴。在選擇使用時(shí)，可參考以下幾點(diǎn)：包括成本、分辨率、外形尺寸、軸負(fù)荷及機(jī)械壽命、輸出頻率、環(huán)境、軸旋轉(zhuǎn)力矩、輸出回路等等。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)逆變控制的核心，它決定著逆變器的輸出特性。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由三部分組成：主程序、初始化程序和中斷服務(wù)子程序。主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心和靈魂，只有通過主程序才能有機(jī)地調(diào)用系統(tǒng)中各個(gè)子程序，使它們形成一個(gè)聯(lián)系緊密的整體，有條不紊的完成各種各樣的操作命令。主程序：圖4.1給出了本系統(tǒng)的主程序流程圖。單片機(jī)首先初始SA4828，打開中斷系統(tǒng)。傳送控制參數(shù)后，判斷SA4828 有沒有保護(hù)動(dòng)作，允許輸出，則開始輸出SPWM控制信號(hào)，逆變器開始工作。工作過程中，單片機(jī)不斷的處理檢測(cè)反饋回來的信號(hào)，控制SA4828 調(diào)整輸出的SPWM 控制信號(hào)，控制系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，以滿足系統(tǒng)的性能要求。在系統(tǒng)正常工作過程中，不斷更新看門狗定時(shí)器。防止其溢出而中斷SPWM控制信號(hào)的輸出。初始化子程序：它實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新處理與下位機(jī)和其它程序主要完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等，其流程圖如圖4.2 所示。 故障保護(hù)中斷子程序：中斷程序處理的都是需要立即處理的故障，比如過壓、欠壓、IGBT故障等。這些故障信號(hào)通過或門連接到SA4828 的SET TRIP 端上，只要有一個(gè)故障發(fā)生，就會(huì)使SET TRIP 端為高電平，啟動(dòng)SA4828 內(nèi)部的故障