基于196系列單片機在空調逆變器中的運用

0 引言

　　隨著國內經濟的飛速發展，空調車、豪華車也進入了新的發展階段。空調逆變器是一種新型高效無污染“綠色”能源，其應用前景非常廣闊。

　　SPWM技術是空調逆變器中主要的控制技術，要生成SPWM脈沖常采用兩種方法：一是由模擬電路生成；二是由單片機等數字電路生成。前者電路復雜，抗干擾性能差，有溫漂現象，系統可靠性和一致性低；數字方法則利用計算機實時計算，這樣系統一致性很高，沒用溫漂現象，同時調試工作量大大降低。INTEL公司推出的16位微處理器N87C196MC／MD是專為電機拖動設置的低成本單片機芯片，片內集成了一個3相波形發生器WFG(Wave Form Generator)，這一外設裝置大大簡化了產生SPWM波形的控制軟件和外部硬件，完成整套控制電路十分簡潔。

　　1 N87C1 96MC片內波形發生器簡介

　　1．1 WFG的功能特點

　　N87C196MC片內WFG有3個同步的PWM模塊，每個模塊包含一個相位比較寄存器、一個無信號時間發生器和一對可編程的輸出，即WFG可產生獨立的3對6個PWM波形，它們有共同的載波頻率、無信號時間和操作模式。一旦工作以后，WFG只要求單片機在改變PWM的占空比時對WG COMPX寄存器改變賦值即可。

　　WFG產生SPWM波形是在下列專用寄存器的控制下完成的。

　　a．雙向計數寄存器WG COUNT。16位雙向計數器是3對輸出信號的時基發生器。它的時鐘頻率是振蕩頻率處于2，每個狀態周期WG COUNT改變一個計數值。用戶可對WG RELOAD寄存器進行寫操作，而它的值周期地裝入到計數器中。

　　b．重裝載寄存器WG RELOAD。該寄存器實際包含一對1 6位寄存器，當讀或寫該寄存器時，訪問的是WG RELOAD寄存器。寫到WG_RELOAD的值，被周期地(取決于操作方式)裝入到第二個寄存器。這后一個寄存器叫做計數器比較寄存器，它是WG_COUNT實際與之比較的時間寄存器。

　　c．相位比較寄存器WG_COMPx。共有3個(X=1，2，3)可讀寫的16位相位比較緩沖器。每一個相位比較緩沖器有一個關聯的比較寄存器，它的值與每次計數后的WG_COUNT相比較。這些寄存器不能直接被用戶訪問。

　　d．控制寄存器WG_CON。WG_CON是一個16位寄存器。可控制計數方式及產生3個10位無信號時間(deadtime)。利用無信號時間重裝載寄存器可以隨時改變無信號時間。

　　e．輸出控制緩沖寄存器WG_OUT。可用于選擇輸出引腳的輸出信號方式。可對每個引腳獨立定義有效狀態。

　　1．2 WFG的基本工作原理

　　a．從功能上，WFG可分為3部分：時基發生器、相位驅動通道和控制電路。

　　(1)時基發生器為PWM建立載波周期。該周期值取決于WG_RELOAD的值；

　　(2)相位驅動通道決定PWM波形的占空比，共有3個獨立的相位驅動通道，每一個通道有一對可編程輸出，每個相位驅動器包含一個可編程的無信號時間發生器；

　　(3)控制電路包含一些用來確定工作模式和其它配置信息的寄存器。

　　b．時基發生器WG_COUNT有4種工作方式。當選通波形發生器工作時，根據所選擇的工作方式，作為時基發生器的WG_COUNT連續向上計數或向上／向下計數，每次計數時，WG_COUNT內容與計數比較寄存器WG_RELOAD的值作比較，當二者匹配時，按所選擇的工作方式產生相應操作。

　　我們一般選擇第0種工作模式，中心對準PWM方式：

　　載波周期Tc=(4×WG RELOAD)／Fxtal(μ s)

　　不考慮無信號時間，輸出有效的時間Toutput=(4×WG_COMPx)／Fxtal(μ s)。

　　不考慮無信號時間，占空比=(WG COMPx／WG RELOAD)×100％。

　　其中Fxtal為XTAL1引腳上晶振頻率，MHz；WG COMPx為16位值，等于或小于WG_RELOAD，如果大于WG_RELOAD的值輸出占空比為1。

　　由上式可知，WG COMPX值的變化，改變了PWM波的占空比。而SPWM波形的產生正是由正弦規律的數據值經計算后賦給WG COMPX的，每一次中斷都賦給WG COMPX一個隨正弦規律變化的值，從而產生一系列脈寬不等的SPWM波。

　　c．WFG的中斷。與波形發生器有關的中斷有2種：WFG中斷和EXTINT中斷。WFG中斷在重裝載WG COUNT時產生。方式0在WG_COUNT=WG_RELOAD時產生一次WFG中斷，每次中斷都產生一個正弦規律的脈沖波，從而形成SPWM波。

　　EXTINT中斷由保護電路產生。可編程設置產生中斷的方式是邊沿觸發或電平觸發，當控制系統檢測到過流信號，單片機自動封鎖SPWM波形，從而關斷IGBT， 來保護電力電子開關器件.

2 空調逆變器主回路

　　空調逆變電源主要由下列幾個部分組成：

　　2．1 主電路

　　它的形式為DC／AC逆變電路。輸入電壓為DC600V，經輸入接觸器、預充電電路、支撐電容供給逆變器。主開關器件選用德國SIEMENS公司的2單元IGBT模塊，加上輸出濾波電路構成空調逆變器。輸出用隔離變壓器得到三相四線電。