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基于瑞萨H8/3687的小型发电机逆变电源的研制
时间:2020-06-05 19:27

  的设计方案。采用瑞萨科技的工业级电机控制专用处理器H8/3687作为控制核心,产生频率为12.5 kHz的高额SPWM脉宽调制信号,SPWM信号通过结合具有高频抗干扰技术的驱动电路,将低压的控制信号和高电压信号隔离开,避免了高压信号对控制信号的影响。最后有效地驱动了组成逆变桥的IGBT。实验表明,这种小型发电机逆变能够在较强的外界干扰下平稳运行,可以实现220 V/50 Hz交流电的稳定输出,且输出误差保持在3%的范围内。

  汽油发电机组是将发电机输出的原始电压通过电力电子技术的处理,然后再输出给负载。开发出体积小运行稳定可靠的发电机逆变电源,能节省能源并具有广泛的市场前景。

  瑞萨H8/3687单片机是一种高精度控制的工业级电机专用处理器,运行速度高、亚博体育买球app,处理功能强大,具有丰富的片内外围设备,便于接口和模块化设计,被广泛应用于数字马达控制、电力转换系统各种电源设备。该单片机具体性能指标如下:1)高性能静态COMS技术,主频可达20 MHz,超低功耗设计,抗干扰能力强;2)内置32 K×16 bit的ROM程序存储器;3)动态PLL,主频可由软件编程修改;4)8通道10位A/D转换器,双采样,保持最小转换时间3.5s;5)2个串行通信接口(SCI)、同步时钟模式的I2C总线 发电机逆变电源系统结构

  发电机逆变电源系统的整体框图如图1所示。汽油机的汽缸经过进气、压缩、膨胀和排气4个过程,将热能转变成为机械能,然后经过曲轴连杆机构带动交流发电机,输出电压为330~470 V,频率为150~330 Hz的交流电;经过整流电路和大电容滤波电路进入单相全桥逆变电路。

  控制电路以瑞萨H8/3687单片机为核心,产生单相逆变电路工作所需要的SPWM信号,通过驱动电路,使得单相全桥逆变主电路输出高频脉宽调制型交流电。该交流电再经输出滤波器处理最后得到稳定、纯净的正弦波交流电。输出母线电压通过霍尔电流传感器的采样并将检测量送到单片机的A/D转换端口。

  发电机逆变电源的硬件主要由整流电路、滤波电路、单相逆变电路和控制电路组成。整流电路为三相桥式不可控整流电路;整流电路和逆变电路之间采用大电容构成加突波吸收器,有效滤除整流环节所产生的高次谐波,防止发电机和负载之间的相互干扰;经过单相全桥逆变电路和LC滤波电路,最后得到所需的单相220 V/50 Hz正弦波交流电输出。该系统硬件电路设计的核心是逆变电路中IGBT驱动电路和保护电路的设计。

  IGBT的驱动电路必须具备2个功能:1)实现控制电路与被驱动IGBT栅极的电隔离;2)提供合适的栅极驱动脉冲。本设计采用2ED020I12-F作为IGBT驱动器,2ED020I12-F不仅体积小而且速度快,工作频率最高可达60 kHz,开通和关断延时分别为120 ns和94 ns:并采用高端悬浮自举电源设计,单相桥式电路中,仅用一组电源即可,简化设计和节省成本。2ED020I12-F用于半桥驱动电路如图2所示。图中 C1、VDb分别为自举电容和二极管,C2为滤波电容。假定在VQ1关断期间C1已经充电完成。当高端输入为高电平时,VQ1导通,VQ2关断,VCC加到VQ1的栅极和源极之间。随着VQ1的导通,VQ1源极电压接近直流母线上的电压被抬高,维持VQ1栅极和源极的电位差,令VQ1维持导通。当高端输入为低电平时,VQ1截止,VQ2导通,C1通过VQ2进行充电,迅速为VQ1补充能量,如此循环反复。

  VDb和C1是在设计驱动电路时需要严格挑选和设计的元器件,既不能太大影响窄脉冲的驱动性能,也不能太小而影响宽脉冲的驱动要求。自举二极管VDb应该选择反向漏电流小的快恢复二极管,以减少电荷的损失。