《单片机调频逆变系统详细设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机调频逆变系统详细设计（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、调频逆变系统 第 1 页 共 30 页单片机调频逆变系统详细设计2008 年 11 月 25 日成都调频逆变系统 第 2 页 共 30 页目录1设计理论基础 .311 逆变核心元件介绍 .312 脉冲宽度调制（PWM）原理 .613 PID 控制原理 .7131 PID 控制原理与程序流程 .7132 标准 PID 算法的改进 .11133 数字 PID 参数的选择 .15134 数字 PID 控制的工程实现 .162调频逆变原理 .203单片机调频逆变设计 .2131 设计功能图 .2132 IPM 介绍 .2133 PWM 发生器 SG3525 介绍 .25调频逆变系统 第 3 页 共 3
2、0 页1设计理论基础电力逆变，就是一种将直流变成工频交流或将工频交流变成可以改变频率的交流电源系统。对于电力逆变来说，主要应用到应急电源及电机软启动等方面。本详细设计主要针对应急电源系统，应急电源系统分工频逆变和变频逆变，所以我们的设计是变频逆变，同时也可设置为工频逆变，就是频率固定不变。在设计前我们首先要明确逆变技术中的几个原理理论。1 1 逆变核心元件介绍现在逆变应用的核心元件是大功率场效应管 IGBT，IGBT 以其输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等特点，已成为当今功率半导体器件发展的主流器件。IGBT 已由第三代、第四代发展到了第五代，由穿通型（PT 型）发展
3、到非穿通型（NPT 型） ，其电性能参数日趋完善。IGBT模块也在此基础上同步发展，有单管模块、半桥模块、高端模块、低端模块、6 单元模块等。合理的驱动保护是 IGBT 安全工作的前提条件，特别是选择合理的栅极驱动电压 Uge 和合理的栅极串联电阻 Rg，以及过电压过电流保护尤为重要。IGBT 模块的应用电路有半桥电路逆变、全桥电路逆变、三相逆变、斩波应用等。IGBT 模块已被广泛应用于 UPS、感应加热电源、逆变焊机电源和电机变频调速等电源领域。1、IGBT 模块电路结构1）单管模块一般说来，单管 IGBT 模块其额定电流比较大，是由多个 IGBT 芯片和快恢复二极管（FRD ）芯片在模块内
4、部并联而成，其电路结构如图 1 所示。图 1 单管电路结构 图 2 半桥电路结构2）半桥模块半桥 IGBT 模块也称为 2 单元模块，是一个桥臂，其内部电路结构如图 2 所示。两只半桥 IGBT 模块可组成全桥（H 桥）逆变电路。3）高端模块高端 IGBT 模块其内部电路结构如图 3（a）和图 3（ b）所示。图 3（a ）为斩波器应用电路结构，图3（b）为感应加热应用电路结构。图 3(a) 高端电路结构 图 3(b) 高端电路结构4）低端模块低端 IGBT 模块其内部电路结构如图 4（a）图 4（b）所示。图 4（a ）为斩波器应用电路结构，图4（b）为感应加热应用电路结构。调频逆变系统 第
5、 4 页 共 30 页图 4(a) 低端电路结构 图 4(b) 低端电路结构2、IGBT 模块驱动保护要点1）IGBT 栅极驱动电压 Uge理论上 UgeUge(th) ，即栅极驱动电压大于阈值电压时 IGBT 即可开通，一般情况下阈值电压 Uge(th)56V。为了使 IGBT 开通时完全饱和，并使通态损耗最小，又具有限制短路电流能力，栅极驱动电压Uge 需要选择一个合适的值。当栅极驱动电压 Uge 增加时，通态压降减小，通态损耗减小，但 IGBT 承受短路电流能力减小；当 Uge 太大时，可能引起栅极电压振荡，损坏栅极。当栅极驱动电压 Uge 减小时，通态压降增加，通态损耗增加，但 IGB
6、T 承受短路电流能力提高。为获得通态损耗最小，同时 IGBT 又具有较好的承受短路电流能力，通常选取栅极驱动电压 UgeD*Uge(th)，系数 D1.5、2、2.5、3。当阈值电压 Uge(th)为 6V 时，栅极驱动电压 Uge 则分别为 9V、12V、15V、18V；栅极驱动电压 Uge 折中取12V15V 为宜，12V 最佳。IGBT 关断时，栅极加负偏压，提高抗干挠能力，提高承受 dv/dt 能力，栅极负偏压一般为10V。2）IGBT 栅极电阻 Rg选择适当的栅极串联电阻 Rg 对 IGBT 驱动相当重要。 当 Rg 增大时，可抑制栅极脉冲前后沿陡度和防止振荡，减小开关 di/dt,
7、限制 IGBT 集电极尖峰电压；但 Rg 增大时，IGBT 开关时间延长，开关损耗加大。当 Rg 减小时，减小 IGBT 开关时间，减小开关损耗；但 Rg 太小时，可导致 ge 之间振荡，IGBT 集电极 di/dt 增加，引起 IGBT 集电极尖峰电压，使 IGBT 损坏。因此，应根据 IGBT 电流容量和电压额定值以及开关频率选取 Rg 值，如 10、15、27 等，并建议 ge 之间并联一数值为 10K 左右的 Rge，以防止栅极损坏。3）IGBT 过电压过电流保护过电压过电流是造成 IGBT 损坏的两大主要因素，应加以有效的保护。对于过电流，如果采用电流传感器保护，首先应考虑电流传感器
8、的响应时间，建议过电流保护点设定为模块额定电流的 1.52 倍为宜；如 GA100TS120K 的模块电流额度值为 100A，电流传感器设定为 150A200A；如 GA200TD120K 的模块电流额度值为 200A，电流传感器设定为 300A400A。如果采用通态电压 Vce(on)来保护，建议 Vce(on)设定为 56V，这时模块的峰值电流约为额度值的 22.5 倍。对于过电压，通常采用 RCD 吸收过电压尖峰，最好是采用无感电阻和无感电容。同时，必须尽量减少或者消除布线时的杂散电感，可以通过减小整个电路有效回路面积来减小杂散电感。另外，还可以通过适当增加栅极串联电阻 Rg 来抑制过电
9、压尖峰。3、IGBT 模块典型应用1）感应加热电源图 5 为并联谐振感应加热电源主电路，由两只低端 IGBT 模块和两只高端 IGBT 模块组成，也可由四只单管 IGBT 模块和四只快恢复二极管模块组成，视感应加热电源功率而定。对管 G1、G4 和 G2、G3轮流开通关断工作，输出电压和电流分别为正弦波和方波。调频逆变系统 第 5 页 共 30 页图 5 IGBT 感应加热电源主电路2）逆变焊机电源图 6 为一全桥式逆变电路，由两只半桥 IGBT 模块组成，采用 PWM 控制，对管 G1、G4 和 G2、G3轮流开通关断工作，输出电压为交变方波。此电路广泛应用于电焊机电源。图 6 IGBT 逆变焊机电源主电路3）变频调速电源图 7 为 IGBT 三相 PWM 逆变电路，由三只半桥 IGBT 模块组成，用于变频调速电源和 UPS 电源。图 7 IGBT 变频调速电源主电路4、IGBT 及快恢复二极管模块的使用1）防止静电IGBT 是静电敏感器件，为了防止器件受静电危害，应注意以下两点：（1）IGBT 模块驱动端子上的铜环是防静电导电管，用户用接插件引
