基于87C196MH的車載逆變電源設計方案

DC/AC電路設計

　　車載逆變器主控芯片為Intel單片機87C196MH，由單片機87C196MH輸出6路互補SPWM信號為IPM提供驅(qū)動脈沖，將400 V直流電源逆變?yōu)槿?30 V/50 Hz的交流電源，為機車電力設備供電，主控電路結構如圖3所示。

　　當單片機上電啟動后首先經(jīng)歷一個軟啟動過程，該過程中單片機主要完成檢測輸入電壓過欠壓、輸入電流過流和IPM電流過流故障。若無故障，則單片機根據(jù)輸出電壓反饋值調(diào)整SPWM的載波頻率和調(diào)制比，使輸出電壓穩(wěn)定。

　　當輸出電壓穩(wěn)定后，單片機啟動缺相保護，檢測輸出電壓是否跌落。如果發(fā)生缺相故障，單片機將停止輸出驅(qū)動脈沖，并且點亮軟件故障指示燈。同時，當逆變電路正常工作的同時，單片機繼續(xù)實時檢測其他故障情況，一旦發(fā)生故障將停止輸出SPWM信號并點亮故障指示燈，進入軟件保護狀態(tài)。這樣保證了逆變電源工作在安全狀態(tài)。

　　3.1 單片機控制系統(tǒng)設計

　　單片機通過地址總線和數(shù)據(jù)總線分別控制片外EPROM和鎖存器，其中8位數(shù)據(jù)總線和14位地址總線的低8位分時復用。EPROM存放單片機程序，當單片機上電后將運行EPROM中的程序。鎖存器起到數(shù)據(jù)暫存作用，當讀取EPROM某個地址中的程序時，先由單片機對EPROM進行地址操作，然后通過鎖存器暫存地址總線的低8位，此時它們作為8位數(shù)據(jù)總線將選定地址中的程序送入單片機去執(zhí)行。

　　在控制系統(tǒng)中，單片機第46~48引腳對輸出三相電壓進行采樣，第40引腳為外部參考電壓輸入，第62引腳為故障信號輸入，第30~35引腳為PWM輸出，第12~16引腳為高6位地址總線，第17~24引腳為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的復用總線。

　　單片機對輸出電壓進行采樣，并且實時監(jiān)控各個故障信號。同時根據(jù)輸出電壓的反饋量調(diào)整SPWM的調(diào)制比，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。

　　3.2 驅(qū)動電路設計

　　圖4所示為驅(qū)動電路，該電路的作用就是把單片機輸出的SPWM驅(qū)動信號經(jīng)過光耦隔離并適當放大，然后送到IPM模塊的相應管腳，進而控制IPM內(nèi)部IGBT的開通和關斷。光耦主要用來實現(xiàn)主電路和控制電路之間的信號連接，滿足主電路和控制電路之間的電氣隔離。本設計中選用HP公司的光耦HCPL-4503，該芯片有效地起到信號隔離和電壓放大作用，完成驅(qū)動IPM的目的。

　　4 實驗研究

　　為了驗證本系統(tǒng)控制策略的正確性，對本文所研制的車載逆變器進行了實驗測試。車載逆變器帶阻性負載，實驗樣機輸入DC電壓90 V~120 V;輸出AC電壓230 V，50 Hz;開關頻率3 kHz;最小輸出功率為880 W。

　　在測試實際波形的時候，用數(shù)字示波器測量L4981A的PWM輸出端，同時使用1:100的高壓差分探頭，測量直流輸出波形，在空載時對DC/DC的驅(qū)動信號波形進行采集如圖5所示。輸入110 V，PWM頻率27.66 kHz，占空比為8.45%，直流升壓輸出電壓為405 V。