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基于87C196MH的車載逆變電源設計

作者: 時間:2012-08-15 來源:網絡 收藏

地鐵和高速列車的使用,給人們帶來方便的同時也存在著較大的隱患。由于其窗門都需要處于密閉狀態。若列車因發生電力故障而停留在隧道中,空調和排風設備會停止運行,進而嚴重地影響乘客們的生命安全。現急需一種將蓄電池直流110 V的電壓逆變為三相230 V/50 Hz的交流電源,為機車電力設備供電,以確保乘客生命安全。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/185933.htm

1 系統結構

本設計巧妙地利用了高功率因數PWM控制芯片L4981A的Boost結構的功率校正電路來實現直流升壓變換器的設計。提出了一種以C19MH為控制核心,以IPM為開關器件的逆變電源的設計方案。逆變電源系統框圖如圖1所示,采用兩級結構,第一級是DC/DC變換器,第二級是DC/AC逆變器;DC/DC變換器將110 V直流電壓變換成400 V直流電壓,DC/AC逆變器則將此直流電壓逆變成有效值為230 V頻率為50 Hz的交流電壓,以帶動負載[1-2]。且系統具有輸入過欠壓、輸出過流、缺相、負載短路、超溫等保護功能。

2 DC/DC電路設計

該逆變電源的第一級為DC/DC升壓電路設計,采用Boost型APFC控制,升壓電路拓撲結構如圖2所示。

Boost型APFC升壓控制電路設計應用集成控制芯片L4981A,通過采樣電阻Rs(RS102,RS101)通過8、9兩引腳采集系統輸入電流;直流輸入電壓(VCCP+)經限流電阻R17后,加到4腳,作為控制輸入電流的跟蹤信號;輸入電壓的有效值通過7腳送入乘法器,以調節輸入總功率的恒定;輸出電壓(VOUT)經R27、R28、W3(可調電位器)和R32分壓后,由14腳加到芯片內部的誤差放大器的輸入端。以上4個信號作為L4981A芯片內部電路控制方式的參考值,通過芯片結構內部的電壓控制環路和電流控制環路,來實現雙閉環的調節。采集的輸出電壓信號與L4981A芯片內部基準電壓比較后,誤差信號經過PI調節送入乘法器,用來調節輸出電壓為一穩定值。電流誤差信號經過調節后生成PWM脈沖信號輸出,L4981A的輸出端(20腳)將輸出的PWM控制IGBT管的導通和關斷,通過外接振蕩器的定時電阻和電容來設定PWM開關頻率,經過輸出電容Ca濾波來實現直流輸出。升壓后的輸出電壓VOUT經R29、R30、R31和W4(可調電位器)分壓后加到3腳,當此管腳的電壓大于5.1 V時,即VOUT超過410 V時,L4981A將實現過壓保護,輸出將被強制接地,來強制截至功率開關管[3-4]。

輸入電流經R22后加到2腳,實現峰值電流限制。同時輸出通過電壓分壓器來設定芯片的欠壓鎖定開通和關斷閾值,通過欠壓封鎖控制端來控制是否欠壓。當15腳的電壓低于10 V時(Q3導通),實現欠壓封鎖;當l5腳的電壓高于15.5 V時(Q3斷開),將正常起動,使電源電壓具有滯回功能。L4981A電路軟啟動的時間由E3的電容值決定。

3 DC/AC電路設計

車載逆變器主控芯片為Intel單片機MH,由單片機MH輸出6路互補SPWM信號為IPM提供驅動脈沖,將400 V直流電源逆變為三相230 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,單片機啟動缺相保護,檢測輸出電壓是否跌落。如果發生缺相故障,單片機將停止輸出驅動脈沖,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,單片機繼續實時檢測其他故障情況,一旦發生故障將停止輸出SPWM信號并點亮故障指示燈,進入軟件保護狀態。這樣保證了逆變電源工作在安全狀態。

3.1 單片機控制系統設計

單片機通過地址總線和數據總線分別控制片外EPROM和鎖存器,其中8位數據總線和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。鎖存器起到數據暫存作用,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位數據總線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位數據總線的復用總線。


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關鍵詞: C196 196 87C 87

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