1 引言

随着现代控制理论、电力电子技术、计算机控制技术和传感器技术的发展，整个拖动领域正在进行一场革命，交流电机的调速理论取得了突破性的进展，交流传动取代直流传动已成为不可逆转的趋势。变频器以其节能显著、过载能力强、调速精度高、响应速度快、保护功能完善、使用和维护方便等优点在交流传动领域的应用将越来越广泛。本文研究了一种基于嵌入式系统的网络变频器设计过程。

2 变频器的硬件设计

2.1 主电路设计

变频器根据主电路的设计不同，可以分为交-交、交-直-交变频器和电压型、电流型变频器，它们均有各自的特点。本文设计的变频器属于交-直-交电压型，它的主电路由三相全波整流、电容滤波和智能功率模块PM20CSJ060所构成，如图1所示。

PM20CSJ060内部集成6个IGBT、栅极驱动电路、欠电压、过流、过热、短路等保护电路以及故障信号输出电路。P, N分别为直流输入正负端;U, V, W为三相交流电压输出端;VUP1~VUPC, VVP1~VVPC, VWP1~VWPC, VN1~VNC是4组独立的驱动电源，前3组分别供给U, V, W 3个上桥臂元件，第4组电源供给3个下桥臂元件和制动回路元件;UP, VP,WP, UN, VN, WN分别为6个IGBT的基极驱动输入信号，它们都是低电平有效的电平信号，与外部控制电路之间通过光电隔离;F0是IPM模块内故障检测电路的输出信号，当其为低电平时，表示模块发生了过流、短路、欠电压或过热中的某种故障，它只是向外部控制电路提供指示信号，即使外部控制电路不采取措施，模块也会通过自保护电路封锁基极驱动信号，从而将自己保护起来。由于PM20CSJ060具有自保护功能，故不需要在整个系统中为所有的IGBT提供过流、过压、过热保护电路了。

图1 变频器主电路

2.2 控制电路设计

变频器控制电路以ARM单片机LPC2292为控制核心，主要由电源电路、交流电压电流检测电路、直流电压检测电路、故障检测与处理电路、PWM脉冲输出电路、LCD显示和键盘输入电路等构成。

1、电源电路

控制电路所需的电源除了4组IGBT驱动电源+15V以外，单片机LPC2292本身也需要工作电源，其CPU内核需要+1.8V电源;I/O端口需要+3.3V电源。因此控制电路需要3种电压的电源。4组+15V的电源我们是通过4个三端稳压器LM7815来实现的;而+1.8V和+3.3V电源则利用三端稳压器LM7805和LDO芯片(低压差电源芯片)共同来实现。

2、交流电流电压检测电路

交流侧的每相电流检测采用的是TA17系列电流互感器TA17-04，由运算放大电路将互感器输出的电流信号转换成对应的电压信号，供单片机采样。图2(a)所示的是其中A相的电流检测电路。TA17-04的输入电流范围为0~40A，输出电流范围为0~20mA，而单片机的采样电压范围为0~3V，所以取反馈电阻R_f1=150Ω。另外图中的电容Cr，和可调电阻r1用来补偿相移。

(a) 相电流检测电路                       

  (b) 相电压检测电路

图2交流电流电压检测电路

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