87C196MC與IPM模塊組成的變頻調速系統

隨著大功率開關器件制造技術和計算機技術的迅猛發展，交流電機的變頻調速在一般工業領域以至許多民用領域中已得到廣泛應用。在節能、減少維修、提高產品產量及產品質量等方面都取得了明顯的經濟效益。目前，高性能交流調速系統的研究和開發已引起各國學者的高度重視，而所用微處理器、功率器件及產生SPWM波的方法是影響變頻器性能好壞的直接因素。

1 系統硬件電路設計

1.1 87C196MC及IPM簡介

87C196MC 是Intel公司專門為三相異步電動機和直流無刷電動機控制而設計的16位單片機。它由C196內核、8KB EPROM、三相波形發生器WFG、A/D轉換器、事件處理門陣列EPA、定時器和脈寬調制單元等組成。其中，三相波形發生器WFG是87C196MC的一大特色。WFG可以通過P6口直接輸出用于逆變器驅動的6路SPWM信號，每個引腳的驅動電流可達20mA，在使用16MHz時，驅動信號的頻率可達 8MHz。為防止同一橋臂上2個功率管發生直通造成短路，該發生器還可通過編程設置死區互銷時間，在16MHz晶振時，死區時間范圍為 0.125～125μs之間。一旦啟動，WFG只要CPU在改變PWM波的占空比時加以干涉，大大減少了CPU的開銷。三相波形發生器WFG的存在大大簡化了用于產生PWM波形的軟件和硬件，使系統得以大大簡化。

智能功率模塊IPM已經被廣泛應用在變頻器、數控機庫、工業機器人等電能轉換設備中。帶有IGBT驅動電路和自診斷、保護功能完善的IPM的使用，使得電能轉換設備體積更小、更可靠、更具智能化。本系統所選用的功率器件為7MBP50RA120。它內部含有組成1個三相H橋（逆變橋）和1個制動單元的7個 IGBT和7個快速功率二極管，并且含有相應的驅動電路。另外它的保護功能相當完善，內含過電流保護（OC）、短路保護（SC）、驅動電源欠電壓保護（UV）、過熱保護（OH）、報警輸出（ALM）等。7MBP50RA120是富士電機推出的第4代R-系列智能功率模塊IPM，它克服了在傳統的 IGBT-IPM中，當工作溫度迅速上升時IPM可能被擊穿（這種擊穿發生是因為提供溫度保護的溫控器安裝在IGBT芯片的絕緣基板上）以及有時由于寄生電容或控制電路產生的寄生電感而引起的噪聲使IGBT產生誤動作的缺點，并且該系列的IPM所使用的元件數量比傳統的IPM少得多（僅為5%），可靠性得到很大提高。

1.2 硬件電路

系統硬件電路采用交-直-交變頻方式，如圖1所示。三相工頻電壓經速流橋6RI30G-160整流后，再經2個電容器HCGF5A2W222Y平滑濾波后送至IPM模塊7MBP50RA120的主電流輸入端口P、N端。