蔡茂—开题报告

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 1 开开 题题 报报 告告 题 目 基于英飞凌单片机的 IGBT 逆变电源的控制回路设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气 061 学 生 蔡 茂 指导教师 姬军鹏 2 2010 年 3 一 毕业设计毕业设计 论文论文 课题来源 类型课题来源 类型 1 毕业设计 论文 课题来源电力电子技术中逆变电源的科学研究 2 毕业设计 论文 课题的类型是软硬件相结合 二 二 选题的目的及意义选题的目的及意义 1 目的 本次毕业设计主要是要掌握高频大功率开关电源控制回路 的设计原理和方法 并且掌握用英飞凌单片机设计控制的系统的一般方 法 2 意义 通过本次毕业设计 掌握用单片机设计控制系统的一般方 法与技能 培养学生查找 阅读文献和撰写论文的基本科学研究能力 培 养学生独立分析 解决问题的能力 以及培养学生的科学研究方法 和精神 从而提高学生综合素质 随着控制技术以及计算机信息技术的发展 对于数字化控制的研究 己经成为热点 在英飞凌单片机XC164CS最小系统 电压电流采样调理模 块 保护梭块 键盘与显示模块等主要模块的作用下对整个逆变过程进 行了实时控制与实时监控 真正实现了对逆变电源的全数字化控制 减 少了大量的工作量 实现高效 安全 可靠的逆变过程 三 三 本课题在国内外的研究状况及发展趋势本课题在国内外的研究状况及发展趋势 随着电力电子技术的快速发展 逆变电源的应用变得非常广泛 近 年来 随着 IGBT 制造技术的提高 相继出现了电压等级越来越高 额 定功率越来越大的单管 两单元 IGBT 模块及六单元 IGBT 模块 同时 性能价格比的提高使得 IGBT 在逆变电源的控制电路中占有很大的比重 成为许多设计人员首选的功率器件 5 6 随之而来的是 IGBT 的驱动芯片 也得到了很大的发展 IGBT 驱动集成电路的发展趋势是集过流保护 驱 动信号放大功能 能够外接电源且具有很强抗干扰能力等于一体的复合 型电路 设计人员 生产厂家都给予了高度重视 小型化 多功能集成 4 化成为人们不断追求的目标 7 功率器件的不断发展 使得其驱动电路也在不断地发展 相继出现 了许多专用的驱动集成电路 目前大部分逆变器都采用乐 IGBT 和 作为开关器件 由 IGBT 基本组合单元与驱动 保护以及报警电 路共同构成的智能模块 IPM 已经成为 IGBT 智能化的发展方向 将 IGBT 的驱动电路 保护电路及部分接口电路和功率电路集成于一体的功 率器件 7 IPM 电路图 在过去 在 IGBT 芯片和集成电路合并 在 IPM 的控制电路 设计 和评估 因此 控制电路已调整了 IGBT 和各种保护功能的驱动器的能 力 并实现使用比其他集成电路其他部分良好的噪声免疫力 由于大量的 电子元件 这是非常难以实现小型化和良好的性价比 因此 一个新的专 用集成电路已与传统的设计 走综合防治技术经验发展 这些都取得了 Multichips 智能功率模块 1PMCMs 技术 其中只包括硅半导体芯片 如 IGBT 的 前轮驱动 和 IC 8 IGBT 的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电 5 压 栅极电压可由不同的驱动电路产生 当选择这些驱动电路时 必须 基于以下的参数来进行 器件关断偏置的要求 栅极电荷的要求 耐固 性要求和电源的情况 因为 IGBT 栅极发射极阻抗大 故可使用 MOSFET 驱动技术进行触发 不过由于 IGBT 的输入电容较 MOSFET 为 大 故 IGBT 的关断偏压应该比许多 MOSFET 驱动电路提供的偏压更高 9 随着制造技术的发展 将会研制出更多更好的IGBT驱动芯片 并在 逆变电源的控制回路中得到广泛的应用 例如应用 逆变式等离子弧切 割电源 大功率感应加热电源 数字化IGBT逆变焊接等等 而目前研究 最多还是IGBT逆变焊接技术 而高速焊接问题 高效焊接问题 飞溅问 题 引弧问题 10 已迫在眉睫 模拟控制系统最大的缺点是进行复杂处理的能力有限 元器件数量 多 并且控制器的参数由电阻 电容等分立元件的参数决定 控制器的 调试复杂 灵活性差 同时电阻 电容的参数分布影响控制器的一致性 参数的稳定性差 如温度漂移影响控制器的稳定性 我们知道数字化控 制最大的缺点就是处理速度低于模拟系统 所以处理速度的提高是数字 化控制系统应用的关键 11 数字信号处理由模拟信号的滤波 模 数转换 数字化处理等环节 组成 对于数字化处理环节 在目前技术发展水平上 我们可以选择英飞 凌单片机 其具有较强的事件处理能力 中断 I O资源丰富 开发的 软 硬件条件比较好 英飞凌公司是前西门子的半导体部门 英飞凌的单片机进入中国的 时间不长 但它在欧洲汽车电子领域已经占有了一半以上的市场 其16 位单片机产品主要有C166系列和C1 的换代产品 Xcl67CI单片机是其 XCl66族单片机中的高端产品 其他低端产品还有 6 C164CM XCl64CS XCl64S 它具有加MHz的最大CPU时钟 片内置 64K 128K 256K字节的Flash 12KB的RAM 具有11个16位定时器 32个 捕获 比较通道 7路PWM通道 16路10位ADC 77个可屏蔽中断及16个优 先级 每个优先级下有8个组优先级 103个lO口 特别地 具有1WINCAN 等 开发工具上 除了K酬专门针对XCl66族单片机的开发包外 英飞凌 公司还提供了DAvE 这一软件使图形化配置单片机成为了可能 极大地 提高了英飞凌单片机产品的开发效率 它可以自动生成针对特定系统的c 语言头文件 以及主要程序段 以方便工程师的开发工作 12 13 四 四 本课题主要研究内容本课题主要研究内容 1 查阅相关资料 结合所查资料 写出开题报告 2 查阅逆变电源的控制方式 设计的控制系统应能在多种工作方 式下选择 3 设计控制系统电路的原理图 并对其进行可行性分析 4 搭建硬件控制电路 设计相应的程序控制流程 5 连接硬件电路 调试软件程序 是先用英飞凌单片机对逆变电 源 IGBT 的控制 五 五 完成论文的条件和拟采用的研究手段 途径 完成论文的条件和拟采用的研究手段 途径 设计条件 设计条件 计算机 一台 英飞凌单片机一套 研究手段 研究手段 本毕业设计主要目的是为逆变电源的开关器件 IGBT 设计控制回路 并且利用英飞凌单片机完成对 IGBT 的驱动 方案大致如下 1 利用英飞凌单片机对给定电压进行 AD 转化 再经过定时计数 进行计数 利用比较模式产生 PWM 信号 2 产生 PWM 信号后 经过 IGBT 驱动电路对电压进行提升 使其达 7 到 IGBT 的驱动电压值 3 将驱动电路的控制部分和主回路隔离 避免主回路中的强电干扰 控制回路中的弱电信号 4 通过键盘输入控制选择 IGBT 的驱动方式 利用数码显示管显示 IGBT 的过压 过流 过载现象 六 六 本课题进度安排 各阶段预期达到的目标 本课题进度安排 各阶段预期达到的目标 1 第1 2周 查阅中英文资料 阅读并翻译英文资料 撰写开题报 告 熟悉英飞凌单片机系统 2 第3 4周 讨论并修改开题报告 熟悉大功率IGBT逆变电源的工 作原理及控制回路的设计方法 3 第5 6周 设计论证控制系统的方案并确定控制系统的设计方案 4 第7周 练习用英飞凌单片机编写程序 5 第11 12周 连接硬件电路 运行程序总体调试 6 第13 14周 解决设计中出现的问题 总结设计方法撰写论文初 稿 7 第15 17周 撰写论文并定稿 准备进行毕业设计答辩 七 参考文献 七 参考文献 1 朱定华 单片机原理及接口技术 M 电子工业出版社 2001版 2 薛均义 微型计算机原理及应用 M 机械工业出版社 2000版 3 赖寿宏 微型计算机控制技术 M 机械工业出版社 2008 1 4 杨旭 开关电源技术 M 机械工业出版社 2004 1 5 洪乃刚 电力电子技术基础 M 清华大学出版社 2008 1 6 王兆安 电力电子技术 M 机械工业出版社 2000 1 7 史富国 王旭波 IGBT在客车DC600V系统逆变器中的应用于保护 J 电 8 子设计工程 2009 06 第17卷 8 Tamao Kajiwara Atsushi Yamaguchi Yasuyuki Hoshi Kenya Sakurai etc New Intelligent Power Multi Chips Modules J Fuji Electric Co Ltd Matsumoto Factory 4 1 8 1 Tsukama Matsumoto shi Nagano 390 082 1 Japan 9 Michio Nemoto and B Jayant Baliga etc The Recessed Gate IGBT Structure J Box 7924 Raleigh NC 27695 7924 USA 10 常涛 数字化IGBT逆变焊机的研究 J 2007 12 1 11 赵举东