基于196系列單片機(jī)在空調(diào)逆變器中的運(yùn)用

0 引言

　　隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，空調(diào)車、豪華車也進(jìn)入了新的發(fā)展階段。空調(diào)逆變器是一種新型高效無(wú)污染“綠色”能源，其應(yīng)用前景非常廣闊。

　　SPWM技術(shù)是空調(diào)逆變器中主要的控制技術(shù)，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(jī)等數(shù)字電路生成。前者電路復(fù)雜，抗干擾性能差，有溫漂現(xiàn)象，系統(tǒng)可靠性和一致性低；數(shù)字方法則利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算，這樣系統(tǒng)一致性很高，沒(méi)用溫漂現(xiàn)象，同時(shí)調(diào)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(jī)拖動(dòng)設(shè)置的低成本單片機(jī)芯片，片內(nèi)集成了一個(gè)3相波形發(fā)生器WFG(Wave Form Generator)，這一外設(shè)裝置大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)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(jiǎn)潔。

　　1 N87C1 96MC片內(nèi)波形發(fā)生器簡(jiǎn)介

　　1．1 WFG的功能特點(diǎn)

　　N87C196MC片內(nèi)WFG有3個(gè)同步的PWM模塊，每個(gè)模塊包含一個(gè)相位比較寄存器、一個(gè)無(wú)信號(hào)時(shí)間發(fā)生器和一對(duì)可編程的輸出，即WFG可產(chǎn)生獨(dú)立的3對(duì)6個(gè)PWM波形，它們有共同的載波頻率、無(wú)信號(hào)時(shí)間和操作模式。一旦工作以后，WFG只要求單片機(jī)在改變PWM的占空比時(shí)對(duì)WG COMPX寄存器改變賦值即可。

　　WFG產(chǎn)生SPWM波形是在下列專用寄存器的控制下完成的。

　　a．雙向計(jì)數(shù)寄存器WG COUNT。16位雙向計(jì)數(shù)器是3對(duì)輸出信號(hào)的時(shí)基發(fā)生器。它的時(shí)鐘頻率是振蕩頻率處于2，每個(gè)狀態(tài)周期WG COUNT改變一個(gè)計(jì)數(shù)值。用戶可對(duì)WG RELOAD寄存器進(jìn)行寫操作，而它的值周期地裝入到計(jì)數(shù)器中。

　　b．重裝載寄存器WG RELOAD。該寄存器實(shí)際包含一對(duì)1 6位寄存器，當(dāng)讀或?qū)懺摷拇嫫鲿r(shí)，訪問(wèn)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(gè)寄存器。這后一個(gè)寄存器叫做計(jì)數(shù)器比較寄存器，它是WG_COUNT實(shí)際與之比較的時(shí)間寄存器。

　　c．相位比較寄存器WG_COMPx。共有3個(gè)(X=1，2，3)可讀寫的16位相位比較緩沖器。每一個(gè)相位比較緩沖器有一個(gè)關(guān)聯(lián)的比較寄存器，它的值與每次計(jì)數(shù)后的WG_COUNT相比較。這些寄存器不能直接被用戶訪問(wèn)。

　　d．控制寄存器WG_CON。WG_CON是一個(gè)16位寄存器。可控制計(jì)數(shù)方式及產(chǎn)生3個(gè)10位無(wú)信號(hào)時(shí)間(deadtime)。利用無(wú)信號(hào)時(shí)間重裝載寄存器可以隨時(shí)改變無(wú)信號(hào)時(shí)間。

　　e．輸出控制緩沖寄存器WG_OUT?？捎糜谶x擇輸出引腳的輸出信號(hào)方式。可對(duì)每個(gè)引腳獨(dú)立定義有效狀態(tài)。

　　1．2 WFG的基本工作原理

　　a．從功能上，WFG可分為3部分：時(shí)基發(fā)生器、相位驅(qū)動(dòng)通道和控制電路。

　　(1)時(shí)基發(fā)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(qū)動(dòng)通道決定PWM波形的占空比，共有3個(gè)獨(dú)立的相位驅(qū)動(dòng)通道，每一個(gè)通道有一對(duì)可編程輸出，每個(gè)相位驅(qū)動(dòng)器包含一個(gè)可編程的無(wú)信號(hào)時(shí)間發(fā)生器；

　　(3)控制電路包含一些用來(lái)確定工作模式和其它配置信息的寄存器。

　　b．時(shí)基發(fā)生器WG_COUNT有4種工作方式。當(dāng)選通波形發(fā)生器工作時(shí)，根據(jù)所選擇的工作方式，作為時(shí)基發(fā)生器的WG_COUNT連續(xù)向上計(jì)數(shù)或向上／向下計(jì)數(shù)，每次計(jì)數(shù)時(shí)，WG_COUNT內(nèi)容與計(jì)數(shù)比較寄存器WG_RELOAD的值作比較，當(dāng)二者匹配時(shí)，按所選擇的工作方式產(chǎn)生相應(yīng)操作。

　　我們一般選擇第0種工作模式，中心對(duì)準(zhǔn)PWM方式：

　　載波周期Tc=(4×WG RELOAD)／Fxtal(μ s)

　　不考慮無(wú)信號(hào)時(shí)間，輸出有效的時(shí)間Toutput=(4×WG_COMPx)／Fxtal(μ s)。

　　不考慮無(wú)信號(hào)時(shí)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(chǎn)生正是由正弦規(guī)律的數(shù)據(jù)值經(jīng)計(jì)算后賦給WG COMPX的，每一次中斷都賦給WG COMPX一個(gè)隨正弦規(guī)律變化的值，從而產(chǎn)生一系列脈寬不等的SPWM波。

　　c．WFG的中斷。與波形發(fā)生器有關(guān)的中斷有2種：WFG中斷和EXTINT中斷。WFG中斷在重裝載WG COUNT時(shí)產(chǎn)生。方式0在WG_COUNT=WG_RELOAD時(shí)產(chǎn)生一次WFG中斷，每次中斷都產(chǎn)生一個(gè)正弦規(guī)律的脈沖波，從而形成SPWM波。

　　EXTINT中斷由保護(hù)電路產(chǎn)生?？删幊淘O(shè)置產(chǎn)生中斷的方式是邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā)，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)，單片機(jī)自動(dòng)封鎖SPWM波形，從而關(guān)斷IGBT， 來(lái)保護(hù)電力電子開(kāi)關(guān)器件.

2 空調(diào)逆變器主回路

　　空調(diào)逆變電源主要由下列幾個(gè)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(jīng)輸入接觸器、預(yù)充電電路、支撐電容供給逆變器。主開(kāi)關(guān)器件選用德國(guó)SIEMENS公司的2單元IGBT模塊，加上輸出濾波電路構(gòu)成空調(diào)逆變器。輸出用隔離變壓器得到三相四線電。