发布时间 : 星期日 文章基于稳态模型的恒压频比控制的交流调速系统的仿真与设计(DOC)更新完毕开始阅读
式。以严密的时序逻辑监控保护，可防止过电流、短路、过热及欠电压等故障发生。带RC信号干扰抑制和电源干扰抑制。
IPM内置各种保护功能。只要有一个保护电路起作用，IGBT的门极驱动电路即关闭，同时产生一个故障信号，可送至DSP进行相应处理。
三相桥臂;内含续流二极管;内置驱动电路、保护电路和报警输出电路。
(2) IPM的选取 IGBT正反向峰值电压为: Um? IGBT电压定额为:
Ud?1.5?1.2?Um?1.5?1.2?311?560V (4-10) 式中:1.5—安全裕量
1.2—考虑大电容滤波后的电感升高系数 IGBT通态峰值电流为:
Im?22IN?22?15?42.4A (4-11) IGBT电流定额为:
Id?1.5?1.2?Im=1.5 x1.2 x42.4=76.32A (4-12) 式中:1.5—安全裕量 1.2—考虑电机的过载倍数 故可选用三菱公司75A/1000V的IPM模块，型号为PM75RS120E (3)续流电路
续流二极管的主要功能有:
电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。续流二极管为 无功电流返回直流电源提供“通道”。当频率下降、电动机再生制动状态时，再生电流将通过续流二极管返回直流回路。IGBT (Q1~Q6)进行逆变的基本工作过程:同一桥臂的两个逆变管，处于不停的交替导通和截止的状态。在这交替导通和截止的换相过程中，也不时地需要续流二极管提供通路。
(4)IPM逆变器开关频率的确定
在变频调速系统中，采用SPWM逆变电路可以大大降低逆变电路输出电压的谐波，使逆变电路的输出电流接近正弦波。谐波的减少取决于逆变电路功率元件的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。
尽管智能功率模块IPM的开关频率可达10 -20kHz，但在确定逆变电路开关频率时，除了应使逆变电路输出接近正弦波，还要考虑器件的开关损耗，以保证变频调速系统具有较高的效率。因此，必须全面衡量后再确定采用IPM的逆变电路的开关频率。本系统开关频率选用10kHz.
2U?2?220?311V (4-9)
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4.2.4以IPM为功率器件的驱动电路
图4.3 IPM输入信号驱动及故障返回电路
（1）驱动电源
当控制信号(栅极驱动)与主电流共用一个电流路径时，由于主回路有很高的di/dt，至使在具有寄生电感的功率回路产生感应电压，而导致可能感应到栅极把本来截止的IGBT导通。因此IPM驱动电源需要采用四组隔离电源。上桥臂每相各用一组电源，下桥臂三相共用一组。
驱动电源电压在13. 5V-16. 5V之间，IPM能够正常工作。若电源电压高于16. 5V，则IGBT因驱动电源电压过高，保护性能得不到充分的保证，高于20V时IGB T管的栅极会损坏，因此绝对不能加如此高的电压。若电源电压低于13. 5V, IGBT驱动电源电压不足，这时控制信号为无效操作。典型的工作电压一般取15V。
(2)控制信号输入
控制电路电流ID与开关频率fk有关、见表3-1，因此控制端加一个上拉电阻。上拉电阻应尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声，但又要足够可靠地控制IPM。 在PWM信号输入端必须用高速光耦进行隔离，一般取光耦的开关速度tPLH\tPHL < 0.8?S、共模抑制比CMR > 10kv?s。 (3) IPM的自保护功能
IPM内部集成自保护功能，共有4路保护，分别是上桥臂三路保护UFO,VFO I WFO，下桥臂公用保护F。每个保护都包括过温、过流、欠压、短路保护。如果其中有一种保护电路动作，IGBT栅极驱动单元就会关断电流并输出一个故障信号。
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4.3 系统保护电路的设计
为了提高系统的可靠性及更好的保护IGBT管，我们须设置一套快速而准确的保护环节以防止各种故障。在此，针对这些问题，设计了系统过压、欠压保护、限流起动、工频故障保护等电路。所有的保护电路的故障信号输出相与，所得的信号送入DSP的PDPINTA中断口，当DSP的PDPINTA管脚接收到低电平信号，DSP将做出相应的中断处理，立即封锁PWM输出及停止运行。
由于保护电路属于系统的弱电控制部分，而故障信号又是从主电路中取出的，为保证系统工作稳定应实行弱电和强电隔离，即使两者之间既保持控制信号联系，又要隔绝电气方面的联系。这就要求我们在设计保护电路的同时应该考虑抗干扰问题。以下将分别介绍各个保护装置。
4.3.1 IPM故障保护电路
IPM有内置保护电路以避兔因系统失控或过载而使功率器件损坏，内置保护功能的框图如图4.4所示。如果IPM模块其中有一种保护电路动作，IGBT栅极驱动单元就会关断电流，并输出一个故障信号Fo。
欠压 驱动
过滤 短路 过温 温度控制 图4.4 IPM内部保护电路
4.3.2 限电流启动
此电路是用来防止在开启主回路时，由于储能电容大，加之在接入电源时电容器两端的电压为零，故当主电路刚合上电源的瞬间，滤波电容器的充电电流是很大
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的，过大的冲击电流将可能使整流桥的二极管损坏。因此为了保护整流桥，在主电路上串接入限流电阻R1，当滤波电容上的电压达到电机正常运行的65%时，电压继电器常开触头闭合，将电阻短路，结束限流起动过程，进入正常运行状态。
4.4 控制电路的设计
DSP2812是TI公司新推出的功能强大的TMS320F2812的32位定点DSP，是TMS320LF2407A的升级版本，最大的特点是速度比TMS320LF2407A有了质的飞跃，从最高40M跃升到TMS320F2812的150M，处理数据位数也从16位定点跃升到32位定点。最大的亮点是其拥有EVA、EVB事件管理器和配套的12位16通道的AD数据采集，使其对电机控制得心应手。再加上丰富的外设接口，如CAN、SCI等，在工控领域占有不少份额
4.4.1 DSP（TMS320LF2812)的最小系统电路
DSP最小系统是指既没有输入通道，也没有输出通道，同时也不与其它系统进行通信的DSP系统。DSP最小系统的设计是DSP硬件设计中的最基本，也是最重要的一步。它主要包括:电源电路、时钟电路、复位电路、仿真接头、扩展SRAM等。DSP最小系统框图如图4.5所示。（原理图见附录）
电平变换 时钟 复位 电源监控 DSP TMS320F2812 程序 数据 EEPROM JTAG接口 图 4.5 最小系统框图
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