基于AT89C51單片機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　具體的導(dǎo)通順序如下：

　　第1個(gè)T/6:V1,V6,V5導(dǎo)通,V4,V3,V2截至;第2個(gè)T/6:Vl,V6,V2導(dǎo)通,V4,V3,V5截至;

　　第3個(gè)T/6:V1,V3,V2導(dǎo)通,V4,V6,V5截至;第4個(gè)T/6:V4,V3,V2導(dǎo)通,V1,V6,V5截至;

　　第5個(gè)T/6：V4,V3,V5導(dǎo)通,V1,V6,V2截至;第6個(gè)T/6:V4,V6,V5導(dǎo)通,V1,V3,V2截至。

3驅(qū)動(dòng)電路及系統(tǒng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

　　3.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

　　作為功率開關(guān)器件，IGBT的工作狀態(tài)直接關(guān)系到整機(jī)的性能，所以選擇或設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)電路顯得尤為重要。采用一個(gè)性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使IGBT工作在比較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)提高整個(gè)裝置的運(yùn)行效率，可靠性和安全性都有重要的意義。

　　驅(qū)動(dòng)電路必須具備兩個(gè)功能：一是實(shí)現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動(dòng)IGBT柵極的電隔離;二是提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖[3]。

　　對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求，可歸納如下：

　　1）IGBT和MOSFET都是電壓驅(qū)動(dòng)，都具有一個(gè)2.5～5V值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此IGBT對(duì)柵極電荷非常敏感，故驅(qū)動(dòng)電路必須很可靠，要保證有一條低阻抗值的放電回路，即驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的連線要盡量短。

　　2）用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓Uge,有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開通后，柵極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)能提供足夠的功率，使IGBT不退出飽和而損壞。

　　3）驅(qū)動(dòng)電路要能傳遞幾十kHz的脈沖信號(hào)。

　　4）在大電感負(fù)載下，IGBT的開關(guān)時(shí)間不能太短，以限制出di/dt形成的尖峰電壓，確保IGBT的安全。

　　5）IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單實(shí)用，最好自身帶有對(duì)IGBT的保護(hù)功能，有較強(qiáng)的抗干擾能力。

　　本文采用美國(guó)IR公司推出的IR21lO集成驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)IGBT，它兼有體積小，速度快，電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。

　　驅(qū)動(dòng)芯片IR2110用于驅(qū)動(dòng)半橋電路如圖4所示。

　　3.2電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路

　　當(dāng)流過IGBT的電流過流，一旦超出安全區(qū)，IGBT將永久損壞，因此系統(tǒng)要設(shè)置電流過流保護(hù)電路，系統(tǒng)在變頻器的直流部分串電流互感器將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)再通過比較器比較，將過流信號(hào)檢測(cè)出來后，送到SA828l的脈沖封鎖端（電平信號(hào)），那么SA828l就會(huì)停止輸出PWM脈沖，以保護(hù)IGBT。IGBT的過電流保護(hù)電路如圖5所示。

圖5IGBT的電流保護(hù)電路

　　其中運(yùn)放C814組成電壓跟隨器，其輸入來自電流互感器的輸出。兩個(gè)電壓比較器C271組成窗口電壓比較器，比較器的輸出經(jīng)施密特反相器連接到與門的輸入端。當(dāng)IGBT沒有過電流時(shí)，C814的輸入電壓比較低，窗口電壓比較器輸出高電平，因此EN信號(hào)為高電平，使IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)有效;反之，當(dāng)IGBT過電流時(shí)，EN信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑怄i了IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)而使IGBT關(guān)斷，調(diào)節(jié)電位器RP，可以改變過流閥值的大小。

　　過壓保護(hù)電路的原理與電流保護(hù)電路類似，另外在主電路上應(yīng)配裝一個(gè)10A的快速熔斷保險(xiǎn)，當(dāng)電路發(fā)生嚴(yán)重過流時(shí)，快速熔斷保險(xiǎn)燒斷切斷電網(wǎng)電源，盡可能的保證主電路的安全。

4.控制電路軟硬件設(shè)計(jì)

　　三相SPWM發(fā)生器是控制電路的核心部分。在本設(shè)計(jì)中，我們選用了AT89C51單片機(jī)控制英國(guó)MITEL公司的專用集成芯片SA8281作為SPWM波形發(fā)生器，該芯片與微處理器接口方便，幾乎不用加任何的邏輯電路即可構(gòu)成完整的SPWM控制電路，結(jié)構(gòu)緊湊，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，利于降低成本。

　　4.1SA8281的功能介紹

　　SA8281芯片是MITEL公司設(shè)計(jì)的專門為交流電機(jī)的調(diào)速控制，UPS電源以及其他需要脈寬調(diào)制作為一種有效電源控制的電力電子器件[4]。引腳如圖6所示：

圖6SA8281的引腳排列

圖7單片機(jī)與SA8281連接圖

　　它可用于三相PWM波形產(chǎn)生的可編程微機(jī)外圍接口芯片，使用一組標(biāo)準(zhǔn)的MOTEL總線，適用于英特爾和摩托羅拉二種總線接口，接口通用性好，編程和操作簡(jiǎn)單，方便，快捷。