196系列单片机在空调逆变器中的运用

1、196系列单片机在空调逆变器中的运用0引言随君国内经济的e速发展，空调车、豪华车也进入了新的发展阶段。空调逆变器是一种新型高效无污 染“绿色”能源，其应用前景非常广阔。spwm技术是空调逆变器中主要的控制技术，要生成spwm脉冲常采用两种方法：一是由模拟电路 生成；二是山单片机等数字电路生成。前者电路复杂，抗干扰性能差,有温漂现象,系统可靠性和一致性 低；数字方法则利用计算机实时计算，这样系统-致件很高，没用温漂现象，同时调试工作量大大降低。 intel公司推出的16位微处理器n87c196mc / md是专为电机拖动设置的低成本单片机芯片，片内集成 了一个3和波形发生器wfg(wave fo

2、rm generator),这一外设装置大大简化了产生spwm波形的控制 软件和外部硕件，完成整套控制电路十分简洁。1 n87c1 96mc片内波形发生器简介1. 1wfg的功能特点n87c196mc片内wfg有3个同步的pwm模块，每个模块包含一-个和位比较寄存器、一个无信号 时间发生器和-对可编程的输出，即wfg可产生独立的3对6个pwm波形，它们冇共同的载波频率、 无信号时间和操作模式。一旦工作以后，wfg只要求单片机在改变pwm的占空比时对wg compx寄 存器改变赋值即可。wfg产生spwm波形是在下列专用寄存器的控制下完成的。a. 双向计数寄存器wg counto 16位双向计数

3、器是3对输出信号的时基发生器。它的时钟频率是 振荡频率处于2,每个状态周期wg count改变一个计数值。用户可对wg reload寄存器进行写操作, 而它的值周期地装入到汁数器中。b. 重装载寄存器wg reload。该寄存器实际包含一对1 6位寄存器，当读或写该寄存器时，访问 的是wg reload寄存器。写到wg_reload的值，被周期地(取决丁-操作方式)装入到第二个寄存器。这后一个寄存器叫做计数器比较寄存器，它是wg_count实际与z比较的时间寄存器。c. 和位比较寄存器wg_compxo共冇3个(x=1, 2, 3)可读写的16位和位比较缓冲器。每一个和位比校缓冲器有一个关联的

4、比校寄存器，它的值与每次计数后的wg_c0unt相比较。这些奇存器不能直 接被用户访问。d. 控制寄存器wg_cono wg_c0n是一个16位寄存器。可控制计数方式及产生3个10位无信号 时间(deadtime)o利用无信号时间雨装载寄存器可以随时改变无信号时间。e. 输出控制缓冲寄存器wg_0ut。可用于选择输出引脚的输出信号方式。可对每个引脚独立定义冇 效状态。1. 2wfg的基本工作原理a. 从功能上，wfg可分为3部分：时基发生器、相位驱动通道和控制电路。(1) 时基发生器为pwm建立载波周期。该周期值取决于wg_rel0ad的值；(2) 相位驱动通道决定pwm波形的占空比，共有3个

5、独立的相位驱动通道，每一个通道有一对可编程 输出，毎个相位驱动器包含一个可编程的无信号时间发生器；(3) 控制电路包含一些用來确定工作模式和其它配置信息的寄存器。b. 时基发生器wg_c0unt有4种工作方式。当选通波形发生器工作时，根据所选择的工作方式，作为时基发生器的wg_c0unt连续向上计数或向上/向下计数，每次计数时，wg.c0unt内容与计数比较寄存器wg_rel0ad的值作比较，当二者匹配时，按所选择的工作方式产生相应操作。我们一般选择第0种工作模式，屮心对准pwm方式：载波周期 tc=(4xwg reload) / fxtal(p s)不考虑无信号时间，输出”有效”的时间tou

6、tput=(4xwg_compx) / fxtal(p s)“不考虑无信号时间，&空比=(wg compx/wg reload)x100%o其中fxtal为xtal1引脚上晶振频率,mhz； wg compx为16位值,等于或小于wg_reload, 如果大于wg_reload的值输出占空比为1。由上式可知，wgcompx值的变化，改变了 pwm波的占空比。而spwm波形的产生正是由正弦规 律的数据值经计算后赋给wg compx的，每一次中断都赋给wg compx 一个随正弦规律变化的值，从 而产生一系列脉宽不等的spwm波。c. wfg的中断。与波形发生器有关的中断有2种:wfg中断

7、和extint'p断。wfg «|断在重装载 wg count时产生。方式0在wg_count=wg_reload时产生一次wfg中断，每次屮断都产生一 个正弦规律的脉冲波，从而形成spwm波。extint中断由保护电路产生。可编程设置产生中断的方式是边沿触发或电平触发，当控制系统检测 到过流信号，单片机自动封锁spwm波形，从而关断igbt,来保护电力电子开关器件.2空调逆变器主回路空调逆变电源主要由下列几个部分组成：2. 1主电路它的形式为dc/ac逆变电路。输入屯压为dc600v,经输入接触器、预充电电路、支撑电容供给逆 变器。主开关器件选用徳国siemens公司的2单

8、元igbt模块，加上输出滤波电路构成空调逆变器。输 岀用隔离变压器得到三相四线电。2. 2控制电路n87c196mc微处理器以及少量外围芯片构成本电源控制电路，十分简洁。单片机产生三相6路spwm 信号，同时完成输入电压、输出电压、输入电流等采样，检测保护，封锁spwm脉冲信号，保护igbt等功能。er wx:小4tmf ctmai和zu gg 利g.mmba e «rviw4 w w论rmtw>c負-r i «r儿心m3n 5e m hmr disrhimk皿mjh!kkj»nxrmk >knjtmk xs him* k xxr ws n ckmkk

9、 91 nhcomti da5 an*m *1/te：.rfxtatoy，s f%cs uir>tzs-2. 3驱动电路逆变器驱动电路采川日木三菱公司为驱动igbt设计的专川集成电路m5 7962l,加少量外甫元件构成。 n87c196mc输出spwm信号通过外围电路放人后直接给驱动模块，张动模块直接张动igbt管，最大可 驱动400aigbto当m57962l检测到igbt管上c、e极电压高与8v,而且此时igbt管开通时,持续时 间大于25us,则发出故障信号，同时封锁驱动波形.并且发出故障信号给n87c196mc,单片机产生extint屮断，封锁各路spwm信号，高速关断igb图2

10、空调逆变器驱动电路3软件设计软件是整个控制系统的核心，所有的电路均为软件來服务，它决定逆变器的性能，如输出电压稳定度、 输出谐波含量。输出电压值、电流限流值均由瑞丄lem公司霍尔传感器來检测,经報理后给保护电路和n87c196mc, 经n87c196mc片内a / d通道转换成数字量。输出电斥给定值经运算作为稳丿禾的依据。4实验结果及结论按照上述电路制作了一台三相35kva的空调电源。主要参数是输入为dc600v,三相输出380v /50h乙 取载;波频率6kh乙 无信号时间2. 5mso采用输出滤波（滤波电容50 p f,电感o. 6mh）后输出电压，用fluke电源分析仪测，总谐波含量3%,效率为97%。实验