基于87C196MH的車(chē)載逆變電源設計方案

DC/AC電路設計

　　車(chē)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提供驅動(dòng)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(chē)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(dòng)后首先經(jīng)歷一個(gè)軟啟動(dòng)過(guò)程，該過(guò)程中單片機主要完成檢測輸入電壓過(guò)欠壓、輸入電流過(guò)流和IPM電流過(guò)流故障。若無(wú)故障，則單片機根據輸出電壓反饋值調整SPWM的載波頻率和調制比，使輸出電壓穩定。

　　當輸出電壓穩定后，單片機啟動(dòng)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動(dòng)脈沖，并且點(diǎn)亮軟件故障指示燈。同時(shí)，當逆變電路正常工作的同時(shí)，單片機繼續實(shí)時(shí)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(diǎn)亮故障指示燈，進(jìn)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 單片機控制系統設計

　　單片機通過(guò)地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)分別控制片外EPROM和鎖存器，其中8位數據總線(xiàn)和14位地址總線(xiàn)的低8位分時(shí)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。鎖存器起到數據暫存作用，當讀取EPROM某個(gè)地址中的程序時(shí)，先由單片機對EPROM進(jìn)行地址操作，然后通過(guò)鎖存器暫存地址總線(xiàn)的低8位，此時(shí)它們作為8位數據總線(xiàn)將選定地址中的程序送入單片機去執行。

　　在控制系統中，單片機第46~48引腳對輸出三相電壓進(jìn)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(xiàn)，第17~24引腳為低8位地址總線(xiàn)和8位數據總線(xiàn)的復用總線(xiàn)。

　　單片機對輸出電壓進(jìn)行采樣，并且實(shí)時(shí)監控各個(gè)故障信號。同時(shí)根據輸出電壓的反饋量調整SPWM的調制比，調節輸出電壓有效值。

　　3.2 驅動(dòng)電路設計

　　圖4所示為驅動(dòng)電路，該電路的作用就是把單片機輸出的SPWM驅動(dòng)信號經(jīng)過(guò)光耦隔離并適當放大，然后送到IPM模塊的相應管腳，進(jìn)而控制IPM內部IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷。光耦主要用來(lái)實(shí)現主電路和控制電路之間的信號連接，滿(mǎn)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，完成驅動(dòng)IPM的目的。

　　4 實(shí)驗研究

　　為了驗證本系統控制策略的正確性，對本文所研制的車(chē)載逆變器進(jìn)行了實(shí)驗測試。車(chē)載逆變器帶阻性負載，實(shí)驗樣機輸入DC電壓90 V~120 V;輸出AC電壓230 V，50 Hz;開(kāi)關(guān)頻率3 kHz;最小輸出功率為880 W。

　　在測試實(shí)際波形的時(shí)候，用數字示波器測量L4981A的PWM輸出端，同時(shí)使用1:100的高壓差分探頭，測量直流輸出波形，在空載時(shí)對DC/DC的驅動(dòng)信號波形進(jìn)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。