陀螺供電電源設(shè)計(jì)

引言

陀螺供電電源一般為中頻(常用的為400Hz)的單相或者三相變頻電源。同時(shí)，這類電源廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、機(jī)車、感應(yīng)加熱以及雷達(dá)、通信交換機(jī)等設(shè)備中。因此，對(duì)此類電源的研究具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。本文以某型導(dǎo)彈中半液浮速率陀螺為研究對(duì)象，利用SPWM技術(shù)給出了半液浮速率陀螺電源的解決方案。同時(shí)，提出了基于時(shí)序?qū)崿F(xiàn)逆變電源的三相任意角度差的方法，大大化簡了實(shí)現(xiàn)角度差。

l 半液浮速率陀螺電源設(shè)計(jì)方案

本文研究的半液浮速陀螺電源的具體技術(shù)指標(biāo)如表1所列。

 

1．1 SPWM原理及基本方案

SPWM技術(shù)是一種先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，其內(nèi)涵就是通過按一定的規(guī)律控制開關(guān)器件的通斷，從而獲得一組等幅不等寬的矩形脈沖波形，用來產(chǎn)生所需頻率的正弦電壓波。采用該技術(shù)開發(fā)研制的400Hz中頻電源，技術(shù)先進(jìn)，其所達(dá)到的電性能指標(biāo)及可靠性都將大大優(yōu)于以往多環(huán)節(jié)的中頻電源。SPWM的實(shí)現(xiàn)方式通常有兩種：一是模擬法，二是數(shù)字法。模擬法電路較復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，影響精度，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，將其存人內(nèi)存，然后通過查表及必要的計(jì)算產(chǎn)生SPWM波。但數(shù)字法受內(nèi)存影響較大，不能保證系統(tǒng)的精度。Mitel公司生產(chǎn)的SA系列PWM波形發(fā)生器具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，其中SA4828系列SPWM發(fā)生器，可與微處理器連接，完成外圍控制功能，使系統(tǒng)智能化，微處理器只用很少的機(jī)時(shí)去控制它，因而有能力進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測、保護(hù)、控制等?；谏鲜鲈?，我們決定采用SA4828為核心來研制SPWM中頻電源。

1．2 半液浮速率陀螺電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

半液浮速率陀螺供電電源如圖1所示。

 

其系統(tǒng)的基本工作原理為：直流電源經(jīng)過SPWM全橋逆變、濾波隔離后輸出，系統(tǒng)采用幅值反饋和頻率反饋實(shí)現(xiàn)陀螺供電電源的幅值和頻率的穩(wěn)定。CPU采用Intel公司生產(chǎn)的89S52單片機(jī)；SPWM信號(hào)發(fā)生器采用SA4828；混合集成驅(qū)動(dòng)電路EXB841構(gòu)成隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路；逆變器主電路采用IGBT模塊。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2．1 SPWM波形發(fā)生器

SA4828是Mitel公司專為三相逆變電路設(shè)計(jì)的SPWM波形發(fā)生器，它能產(chǎn)生純正弦波，尤其與CPU組成的系統(tǒng)操作數(shù)字化，抗干擾能力強(qiáng)，接口簡單，通用性好，可以與不同接口的微控制器相連。在電路不變的情況下，通過軟件修改，就可改變逆變器的性能指標(biāo)，大大提高了調(diào)試效率，降低了產(chǎn)品成本。其主要特點(diǎn)如下所述。

1)全數(shù)字化 SA4828與微處理器的連接，適用多種微處理器，接口電路簡捷。SA4828與單片機(jī)89S52接口電路如圖2所示。

2)工作方式靈活 SA4828有6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的TEL電平輸出，用來驅(qū)動(dòng)逆變器的6個(gè)功率開關(guān)器件。可以直接通過軟件寫寄存器R0、R1、R2、R3、R4、R14、R15設(shè)定載波頻率、調(diào)制頻率、凋制比、最小脈寬、死區(qū)時(shí)間、幅值等工作參數(shù)，無需任何外接電路。

3)工作頻率范圍寬、精度高 三角載波頻率可調(diào)，載波頻率最高可達(dá)24kHz，輸出調(diào)制頻率最高可達(dá)4 kHz，輸出頻率的分辨率可達(dá)16位字長；全數(shù)字化的脈沖輸出有很高的精度和溫度穩(wěn)定性。

2．2隔離驅(qū)動(dòng)電路

IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)方法有很多，本方案采用日本富士公司推出的混合式集成化IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊EXB841。它是EXB系列驅(qū)動(dòng)器中高速、大容量器件之一，集隔離、驅(qū)動(dòng)和保護(hù)于一身，性能優(yōu)越，充分體出了“最優(yōu)驅(qū)動(dòng)和分散保護(hù)”兩原則。具體應(yīng)用電路如圖3所示。

 

2．3 單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍擴(kuò)展芯片

89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)及少量的擴(kuò)展外圍芯片和SAZ4828三相PWM發(fā)生器構(gòu)成本系統(tǒng)控制電路。單片機(jī)完成對(duì)SA4828的初始化、輸出脈寬控制、頻率控制，同時(shí)完成開環(huán)和閉環(huán)控制算法的運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的檢測、保護(hù)功能和邏輯判斷等。89S52單片機(jī)有40條引腳，共分為端口線、電源線、控制線3類。其中端口線分為4組即P0，P1，P2，P3，系統(tǒng)中僅用P0口和P1口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，P0口主要用于ADC0809之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成電壓反饋。P1口主要用于給SA4828傳輸初始化數(shù)據(jù)，并根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果調(diào)整SA4828的輸出。P3、4口與SA4828的引腳21構(gòu)成頻率反饋。