微机控制逆变电源

微机控制逆变电源控制部分及控制子程序设计目 录一、 方案论证与比较1三相PWM控制信号生成1（1） 方案一：模拟法1（2） 方案二：数字法2（3） 方案三：采用芯片SA82822（4） 综述：2二、 硬件电路设计21、 驱动电路22、 SA8282 PWM波发生器3（1） SA8282简介3（2） SA8282工作原理4（3） 管脚功能4（4） 在系统中接线图4三、 软件编程51、 SA8282初始化及控制5（1） 程序流程图5（2） 程序52、 PID控制6（1） 流程图7（2） PID控制子程序7四、 设计心得10五、 参考资料10微机控制逆变电源 控制电路设计 控制程序设计 摘要：本设计是根据给定的输入输出电压、频率、功率，设计单片机51控制逆变电源的控制电路部分和控制子程序。本设计采用脉冲宽度调制（PWM）型控制，选取产生PWM波形专用芯片SA8282 ，由单片机51控制其产生所需的SPWM波形，再通过驱动电路加到IGBT的G极，控制其导通与关断，从而把直流逆变为交流。采用PID控制算法来实现调整输出电压波形的幅值和频率。 一、 方案论证与比较根据题目要求，本系统是一个微机控制三相逆变电源，输入电压380V，输出电压380V，频率50Hz，逆变部分实现DC-AC转换。电源系统输出信号的频率、幅度的调节由逆变器所选用的控制方式决定。一般的微机控制逆变电源都用脉冲宽度调制（PWM）型控制，原理如图1。 不可控整流器滤波电容逆变器三相负载图1.PWM型控制PWM控制信号 此方式下整流输出电压恒定，输出频率、电压的调节由逆变器实现。逆变器由PWM信号控制，输出电压引入反馈，可调整PWM的输出。三相PWM控制信号生成（1） 方案一：模拟法用频率较高的三角波作为载波信号，用频率较低的正弦波作为调制信号，二者调制的结果就生成了等幅不等宽的矩形脉冲列，以产生出SPWM波形，该方法由模拟电路集成放大器等实现。PWM波形产生图如图2。 图2. 模拟法实现spwm波形（2） 方案二：数字法数字法，需要用规则采样法对SPWM波形进行采样，以及计算其各矩形的脉冲宽度和脉冲时间间隔，以及调制钵的频率等确切数值，然后列表放入内存。以三角波的一个周期Tc作为一个采样周期，在三角波负峰值处（tE时刻）采样正弦信号，得到采样电压ure，在三角载波上水平截得A、B两点，从而确定了脉宽时间t2。 图3.规则采样法（3） 方案三：采用芯片SA8282 采用SA828系列三相脉宽调制波发生器与MS-51单片机相连接，由51控制该芯片产生脉宽调制波SPWM波形。（4） 综述：方案一由模拟电路构成，电路比较复杂，有温飘现象，因此限制了系统的性能；方案二要得到高频的SPWM，输出才更近于正弦波，相应所需要的计算数值也就越多，占用内存的空间也就越大，在系统工作时需要通过查表取出存放的数据才能得到SPWM波形。所以该方案受内存的影响较大，编程复杂。尤其是在输入交流电的频率需要变化时，即作为交流变频电源时，编程的工作量和难度就更大。所以前两种方案都存在不足。方案三则能避免前两种方案的不足，简化了系统结构，节省了机时，提高了快速性和实时性。所以我选择方案三。二、 硬件电路设计1、 驱动电路 选择400A/600V IGBT 做的10KW逆变电源的功率器件，采用国产具有自保户功能的IGBT厚膜驱动集成电路HL402，并配以高性能电子器件，可用于额定容量为200A/1.2kv或400A/600V的IGBT功率器件的直接门极驱动。它的优点是：自身具有降栅极电压和软关断的双重保护功能，其降栅压延迟时间，软关断斜率均可通过外接电容整定；能适应不同饱和压降IGBT驱动和保护，在软关断和降栅压得同时能输出报警信号；其内部有带静电屏蔽的光电耦合器，可以用来实现与输入部分的隔离，显著提高了其抗共模干扰的能力；可对信号进行脉冲功率放大。因逆变器电路使用了6只IGBT，故需6只HL402来驱动。图4 为HL402的外部接线。图4 HL402接线图2、 SA8282 PWM波发生器（1） SA8282简介SA8282是英国MITEL公司生产的能产生三相脉宽调制波的专用大规模集成电路芯片。它有6路TTL电平，经过一组隔离和放大单元，控制三相桥式逆变器中的6个功率开关。在芯片的初始化过程中，定义PWM序列中信息控制输出调制波的波形、电源频率、幅值、转向、载波频率、最小脉宽及死区时间等参数。通过微处理器很容易控制SA8282，全数字PWM波可使电源达到前所未有的精确度和温度稳定性。它作为一种标准的外设，可直接从内部ROM中读取波形，工作方式快捷灵活，无需任何外接电路，节约了硬件成本。当时钟频率为12.5MHz时，载波频率可达24kHz,选择的载波频率越高，输出交流电的波形就越接近存正弦波。图5所示为选用的SA8282原理框图，图6为28脚双列直插式封装管脚图。图5 SA8282工作原理图 图6 管脚图（2） SA8282工作原理 在系统工作开始时，先进行初始化，即从微处理器向初始化寄存器和控制字寄存器输入控制字，进行系统参数设定。初始化的指令是在总线控制作用下，经由地址/数据总线，暂存在初始化寄存器R0R4种，再逐一输入到24位初始化寄存器和24位控制字寄存器中，参数设定是通过控制字的形式来实现的。图5为其工作原理图。在波形ROM中，掩膜有正弦波生成程序，SA8282可根据地址发生器的信号直接从ROM中读取波形数据，并通过相位和控制逻辑，把波形瞬时值组合成0360完整的正弦波形和三角波形。它无需采用微处理器帮助运算，就能做到实时控制。（3） 管脚功能如图6为管脚示意图。AD0AD7为8位地址和数据服用线端，用以控制总线, ,ALE,它采用Intel控制模式。RPHT，RPHB,YPHT,YPHB,BPHT,BPHB为标准的TTL电平输出端，用以输出SPWM脉冲信号。用以指示封锁状态，低电平时有效。SET和TRIP为关断触发信号输入端，当输入为高电平时，输出脚和6个TTL电平输出端将被迅速锁存在低电平状态。这种封锁信号只有在信号作用下才能解除。此时，UDD接15V电源，USS接地端，CLE接时钟输入端。（4） 在系统中接线图 图7与单片机上引脚的接线 三、 软件编程1、 SA8282初始化及控制（1） 程序流程图开机RST 0写 R0、R1、R2、R4、初始化SA8282写R0、R1、R2、R3控制SA8282RST 1处理采样结果并比较改变控制参数 N 改变初始化参数 Y Y N （2） 程序 RST BIT P1.0 FPOWERL EUQ 66H FPOWERH EUQ 65H FROM EUQ 2EH AMP EUQ 64H; 载波频率：12KHZ；电源最高频率：125HZ；脉冲延时：5.2uS； ; 脉冲删除时间：15.2uS；频率49.98HZ；幅值：最高电压的0.8倍 ; sa8282初始化程序 ; INITSA8282: MOV DPTR #08000H SETB RST CLR RST MOV A,#0A2H MOVX DPTR ,AINC DPTRMOV A,#41HMOVX DPTR,AINC DPTRMOV A,#21HMOVX DPTR,AINC DPTRINC DPTRMOVX DPTR,ASETB RST MOV DPTR #0EF00HMOV A,#66HMOVX DPTR,AINC DPTRMOV A,#26HMOV DPTR,AINC DPTRMOV A,#0CCHMOV DPTR,AINC DPTRMOV DPTR,A RET;CONTRLSA: MOV DPTR #0EF00H MOV A,FPOWERL MOVX DPTR,A INC DPTR MOV A,FPOWERH ORL A,FROM MOV DPTR,A INC DPTR MOV A,AMP MOV DPTR,A INC DPTR MOV DPTR,A RET2、 PID控制 采用PID控制算法，根据所需要的电压幅值、频率等设置相关参数值，使输出达到要求。（1） 流程图 （2） PID控制子程序DADD: LCALL CMPT MOV A,R5 ADD A,R3 MOV R5,A MOV A,R6 ADDC A,R4 MOV R6,A JB OV,POV1 LCALL CMP MOV A,R5 MOV R3,A MOV A,R6 MOV R2,A RETPOV2: MOV R3,#0FFHPID: MOV R0,#4CH MOV R1,#46H LCALL DMLD LCALL DSUB MOV R1,#48H LCALL DDWR MOV R0,#48H MOV R1,#40H LCALL DMLD LCALL DSUB MOV R1,#4AH LCALL DDWR MOV 40H,48H MOV 41H,49H MOV R1,#48HMOV R2,#7FH RETDMUL: MOV A,R6 XRL A,R4 MOV C,ACC.7 MOV F0,C MOV A,R6 CLR ACC.7 MOV R6,A MOV A,R4 CLR ACC.7 MOV R4,A MOV A,R5 MOV B,R3 MUL AB XCH A,R3 MOV R1,B MOV B,R6 MUL AB ADD A,R1 MOV R2,A CLR A ADDC A,B MOV R1,A MOV A,R4 MOV B,R5 MUL AB ADD A,R2 XCH A,R4 XCH A,B ADDC A,R1 MOV 00H,C MOV A,R6 MUL AB ADD A,R1 MOV R1,A CLR A MOV ACC.0,C MOV C,00H ADDC A,B MOV R2,A JZ EXTPOV3: MOV R3,#0FFH MOV R4,#7FH MOV R0,#54H LCALL DMLD LCALL DMUL MOV R6,4EH MOV R5,4FH LCALL DDIV MOV R1,#48H LCALL DDWR MOV R0, #48H MOV R1, #4AH LCALL DMLD LCALL DADD MOV R1,#48H LCALL DDWR MOV 42H,4AH MOV 43H,4BH MOV R0,#4AH MOV R1,#42H LCALL DMLD LCALL DSUB MOV R1, #4AH LCALL DDWR MOV R1, #4AH MOV R0,#50H LCALL DMLD LCALL DMUL MOV R6,54H MOV R5,55H LCALL DDIV MOV R1, #4AH LCALL DDWR MOV R1, #4AH MOV R0, #48H LCALL DMLD LCALL DADD MOV R1, #4AH LCALL DDWR MOV R1, #4AH MOV R0,#52H LCALL DMLD LCALL DMUL MOV R1,#48H LCALL DDWR MOV R0, #44HEXT: MOV A,R4 MOV C,F0 MOV ACC.7,C MOV R2,A RET DDIV: MOV A,R2 XRL A,R6 MOV C,ACC.7 MOV F0,C PUSH PSW MOV A,R2 CLR ACC.7 MOV R6,A ACALL NDIV JB F0,POV4 MOV A,R4 JB ACC.7,POV4 POP PSW MOV C.F0 MOV ACC.7,C MOV R2,A RETPOV4: SETB F0 MOV R3,#0FFH MOV R2,#7FH RETNDIV: MOV A,R1 CLR C SUBB A,R5 MOV A,R2 SUBB A,R6 JNC POV1 MOV B,#10HN1: CLR C MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A,R4 RLC A MOV R4,A MOV A,R1 RLC AMOV R1,AXCH A,R2 MOV R1,#48H LCALL DADD MOV R1, #4AH LCALL DDWR MOV 44H,4AH MOV 45H,4BH RET DMLD: MOV A,R0 MOV R6,A INC R0 MOV A,R0 MOV R5,A DEC R0 MOV A,R1 MOV R4,A INC R1 MOV A,R1 MOV R3,A DEC R1 RETCMPT: CLR C MOV A,R3 CPL A ADD A,#1 MOV R3,A MOV A,R4 CPL A ADDC A,#1 MOV R5,ACMP: CLR C MOV A,R5 CPL A ADD A,#1 MOV R5,A MOV A,R6 CPL A ADDC A,#0 MOV R6,A RETDDWR: MOV A,R2 MOV R1,A INC R1 MOV A,R3 RLC A XCH A,R2 MOV F0,C CLR C SUBB A,R5 MOV R7,A MOV A,R2 SUBB A,R6 JB F0,N2 JC N3N2: MOV R2,A MOV A,R7 MOV R1,A INC R3N3: DJNZ B,N1 CLR F0 RET MOV R1,A DEC R1 RETDSUB: LCALL CMPT MOV A,R5 CLR C SUBB A,R3 MOV R5,A JB OV,POV1 LCALL CMP MOV A,R5 MOV R3,A MOV A,R6 MOV R2,A RETPOV1: MOV R3,#0FFH MOV R2,#0FFH RET四、 设计心得通过这次课程设计，我对电力电子技术的一些知识又有了新的认识，也了解熟悉电力电子装置设计的一般步骤和装置的基本组成部分。对于三相逆变器，主要学习了IGBT参数选择方法，功率电路结构，输入输出的隔离、滤波，测量电压电流等电路，三相SPWM控制方法和单片机的一些基础知识，初步认识如何用单片机和电力电子器件、电路来实现我们所需要的装置。通过设计和查资料学习的过程，我获益不少，但是这只是一个入门，想要真正掌握这其中的奥妙还需要很多学习和实践。五、 参考资料电力电子技术. 王兆安 黄俊 主编 机械工业出版社电力电子装置及系统. 杨荫福 段善旭 朝泽云 编著 清华大学出版社现代逆变技术及应用李爱文 张承慧 编著 科学出版社正弦波逆变器.刘凤君 编著 科学出版社单片机基础.李广弟 朱月秀 王秀山 编著 北京航空航天大学出版社11