驱动整流板设计功率板设计思路.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除四功率板设计（一）整流，驱动功率板设计说明1. 整流控制板（1）.充电电路和整流触发信号电路 图1-1如图1-1所示，Ua，Ub，Uc是外部电源的三相进线，在上电过程中，继电器1脚和2脚是闭合的。三相电源通过高压二极管BY228和两个100/4W的电阻对母线上的电容进行充电。当母线电压高于400V时，继电器5脚会和地导通，线圈通电，1脚和3脚就会闭合，发出整流信号，打开整流桥，通过整流桥整流三相进线电压。只要母线上有电压，发光二极管D1就会发光。其中特别说明：在整流桥导通以前，都是依靠BY228和整流桥中的一个二极管形成的一个不可控的三相桥将三相交流电变成直流母线上的电压。所以BY228所需要的耐压等级需要一个比较高的，大概是1600V。充电电阻的选择要恰当太小充电电流太大，太大充电时间会很长，所以这两个地方要特别说明。三相电压整流和母线的关系，我们在电力电子中学到的当三相桥没有偏移角的时候，直流母线上面的电压就是三相电压的1.414倍，所以我们可以很容易算出直流母线上的电压。调试的时候，需要注意。（2）.缺相检测电路 图1-2如图1-1所示，缺相检测的主要目的是检测三相进线有没有缺相，以免在后面的带载时候出现母线电压被拉垮的情况。三相380V电压经过一个100K/2W和一个1K的电阻将电压分压后降低，再进过PC817光耦将强电和驱动板的电源隔离开来，确保信号相互之间不干扰。当Ua，Ub，Uc三相电压存在电压的时候，PC817光耦的工作。比较器LM339的“-”极的电压几乎就是GND，“+”极电压为10V不变，这个时侯，“+”极电压高于“-”极，比较器LM339被制高，U1-48为高。当三相进线中任何一相的缺相时，所对应的光耦就不会工作，比价器LM339的“-”极为15V，而它的“+”极还是10V不变，这个时候“+”极电压低于“-”极，比较器LM339被制低，U1-48为低。就会提示驱动板的MSP430和控制板的DSP。三个二极管是为了防止其他两相的高窜过来，影响U1-48的值。其中特别说明:将系统内部的电源和外部的电源隔离是非常重要的。在线路的布板的时候特别需要注意三路电源的布线的间距，最好大于3mm，直流母线最好大于5mm。2. 驱动功率板（1） MSP430接口定义电路图 图2-1如图2-1所示,MSP430的管脚定义如下:第1脚：单片机电源，正常工作时进3.3V。第2脚：430W相电流采样，采样信号为：Uo=Iw*15*43/2000*56+1.25=0.00576Iw+1.25第3脚：NTC温度采样信号，AD信号需要更具温控电阻来定第4脚：NTC信号返回信号：第5脚：空第6脚：8V是否偏低，输入I信号，低为电压偏低，高为正常。第7脚：输出2.5V的REF基准电压，有430内部生成第8脚：空第9脚：空第10脚：接地第11脚：接地第12脚：自动斩波器过流报警，输入I信号，高为过流报警第13脚：驱动板故障信号去DSP，X6-7，输出信号，高有故障第14脚：空第15脚：空第16脚：驱动板W相上半桥IGBT过流报警，输入信号，高为报警第17脚：驱动板W相下半桥IGBT过流报警，输入信号，高为报警第18脚：驱动板V相上半桥IGBT过流报警，输入信号，高为报警第19脚：驱动板V相下半桥IGBT过流报警，输入信号，高为报警第20脚：驱动板U相上半桥IGBT过流报警，输入信号，高为报警第21脚：驱动板U相下半桥IGBT过流报警，输入信号，高为报警第22脚：第23脚：输出信号。第24脚：空第25脚：430单片机工作指示信号。第26脚：PWM波使能信号，当一切检测正常，设置为低，高为封锁PWM信号第27脚：空第28脚：空第29脚：I2C的SDA信号第30脚：I2C的写控制信号，输出信号，低为可写第31脚：I2C的SCL信号第32脚：串口通讯信号，TXD第33脚：串口通讯信号，RXD第34脚：串口通讯信号，TXD第35脚：串口通讯信号，RXD第36脚：空第37脚：48V风扇控制信号，输出信号，高为关断，低为导通。温度到达一定的温度时候，导通。第38脚：空第39脚：母线电压是否超过300V，超过就输出为高，其他为低第40脚：430软件复位信号，输出信号，高复位第41脚：3485芯片使能信号，高为发送，低为接收。第42脚：A316J故障复位，输出信号，低电平要维持一个1秒。正常工作的时候为高第43脚：空第44脚：拨码开关的1脚第45脚：拨码开关的2脚第46脚：拨码开关的3脚第47脚：拨码开关的4脚第48脚：进线380V三相电源缺相，低为缺相。第49脚：空第50脚：空第59脚：母线电压信号，AD信号输入 Uo=Ui*68*3/80000=0.00255Ui第60脚：430W相电流采样，采样信号为：Uo=Iu*15*43/2000*56+1.25=0.00576Iu+1.25第61脚：430W相电流采样，采样信号为：Uo=Iv*15*43/2000*56+1.25=0.00576Iu+1.25第62脚：接地-GND第63脚：接地-GND第64脚：接3.3V电源在图2-1中，JP1是MSP430的编程口，根据MSP430的仿真器的功能定义，我们设计了相应的接口电路去对应它的功能。第52脚和第53脚是接的外接8M晶振，值得注意的是，晶振一定需要通过电容接地。拨码开关决定驱动板的地址号，在联机的时候，提供唯一的地址号供DSP和MSP430通讯，在考虑MSP430和DSP通讯的时候，我们考虑的是RS485通讯功能。由于MSP的工作电压是3.3V，所以在选型上我们选择MAX3485作为我们的通讯芯片。又由于RS485是半双工的工作模式，所以我们选择一个I/O端口作为它的R/T的选择控制脚。由于有一些必要的参数要保存在MSP430里面，所以我们在外面通过I2C协议外扩了一个64K的存储芯片24LC64.它主要通过I2C协议来读取和写入数据。外接一个I/O端口来控制它是否准许写入。（2） 电源供电和MSP430复位设计 图2-2在整个电路设计里面，电源是至关重要的一个环节，它决定了驱动板和控制的好坏与否。如图2-2所示：在外部进入电源中，我们选择了进入+6V（实际上是+8V），+15V，-15V，+24V，+48V这样的四路电源。分别从J1，J2，J3进入.+6V由7805芯片进行电压转换，从+6V转换成+5V（就是VCC），VCC就是后面大部分芯片的供电电源。由于MSP430是3.3V供电工作，到4.5V以上就是自我保护死机。所以我们得到的5V（VCC）需要TI提供的电源芯片转换成我们需要的3.3V（VCC-U1）。供给MSP430。由于TI的TPS7333是自己带有上电复位的功能，所以我将MSP430的复位集成在里面，根据MSP430的低复位的特性，我们设计了如上的复位电路。当DSP需要MSP430复位的时候，控制板的DSP只需要将X6-6输出为低就可以将MSP430复位。而且任何一块驱动板的MSP430也可以通过自己的U1-40引脚来复位其他MSP430。X14-1在并机的时候通过线连接到下一块板的X13。（3） 电压采样电路设计 图2-3如图2-3所示：DC+AC是母线的正极，DC-AC是母线的负极，由于这和系统中的电源的GND是分离的。所以我们采用差分的电路将母线上的电压，变成适合DSP采样的电压3.4V。在X6-15中输出给DSP的输出公式是：Uo=0.0034（VDC+AC-VDC-AC）；而MSP430的采样幅值是2.5V，我们采样得到的3.4V的值过于偏大，所以我们还需要将3.4V进行分压处理，用一个3/4的电路分压得到输出公式为：Uo=0.00255（VDC+AC-VDC-AC）；（4） 电流采样电路 图2-4如图2-4所示：变频器三相电流的输出，由于三路的采样一样，这里我就展示一路电流采样的电路，电流的采样信号是通过电流传感器得到一个1：2000的小电流信号，电流传感器的工作电压是第一脚的+15V和第二脚的-15V，电流传感信号是从第三脚出来的一个缩小了2000倍的电流信号，通过采样电阻R331和R334得到相对应的电压信号。电流采样出来分成两路送出去，一路送到MSP430另一路送到DSP。送到MSP430的电压是R331产生的，而R331相对于系统的地来说，它的取值是被提高了。所以在这个电压的处理上我们还是只能运用差分电路来计算电压差得到采样电压，再加上一级电压跟随，可以保证输出电压的稳定性。在做电压跟随的时候，我们加入一个2.5V的电压，它被两个10k的电阻分压。得到一个1.25V的抬升电平，把电流采样的正弦的零点抬到1.25V。这样就可以得到一个0-2.5V的正弦信号。再加上两个二极管钳位。送到DSP的是多块驱动板的电流采样之和，在送上去以前经过正反馈，得到一个减小到原来的0.24倍的一个电压信号。通过X6送上去（5） 驱动独立电源设计 图2-5驱动电路需要和系统相对独立的电源，而且每一个半桥的供电电源都要求相对独立。所以需要设计六路开关电源。如图2-5所示：我们通过555得到开关频率，通过非门来增加它的驱动能力，在经过电容来驱动升压电路，将电压升到-15V到+15V，再通过推挽输出来，经过一个以-15V为地的变压器，来得到+20V和-10V。通过二极管整流和电容补充以后得到一个正常的直流电压。可以调节555的输出频率可以来调节得到的电压的幅值。计算公式：f=1.49/(RA+2RB)/C；TH=0.693(RA+RB)C；TL=0.693(RB)C；U+=TH*30/(TL+TH);U-=-TL*30/(TL+TH);这样只要我们调节RA和RB，我们就可以得到我们想要的任何电压。（6） 驱动电路的设计 图2-6驱动电路主要目的是驱动功率管IGBT，但是IGBT的电压和原有系统的电压有很大的区别，所以我们需要做一个隔离，为了防止输出三相之间短路，我们需要n秒级的反映速度。所以需要做硬件的保护。所以选择 HP A316J来做隔离和硬件保护。当出线硬件故障的时候就会输出低，将TCPX设置高。（7） 驱动保护电路的设计 图2-7上面提到如果出线三相短路，我们可以得出三相之间的电流会变大，这样就会出现A316J报错，TCPX被设置为高，来提示MSP430和DSP。（8） 驱动控制电路的设计DSP将PWM发出后，需要可以控制是否让PWM去驱动IGBT。所以我们让X7和MSP430共同去控制PWM的驱动。（9）风扇和整流控制电路的设计 图2-9如图2-9所示：DSP的输入信号和5V(VCC)的一半2.5V做比较，当X6-2的输入为高的时候，风扇就可以开始工作。当X6-3为低的时候，整流开始信号只到了一半，还需要MSP430同时到一个信号，才可以控制中间继电器的开关。并板的时候也是一个DSP信号就可以控制多个功率板的整流。（10）对外接口的设计的设计 图2-10X4：X4-1：+24V电源X4-2：+8V电源X4-3：NCX4-4：接地-GNDX4-5：A316J供电VCC-2跳线端-1X4-6：A316J供电VCC-2跳线端-2JP9：JP9-1：+15V供电电源JP9-2：-15V供电电源JP9-3：+6V供电电源JP9-4：接地-GNDJP9-5：制动斩波器PWM信号JP9-6：制动斩波器IGBT过流报警信号JP9-7：NCJP9-8：NCJP9-9：NCJP9-10：NCX6：X6-1：接地-GNDX6-2：DSP控制风扇启动，高启动，低停止。和430单片机都可以单独控制X6-3：DSP检测母线电压达到预设值后，给整流触发信号。低触发，高停止。初始化后为高，和430单片机共同控制，有一方信号不到，控制继电器都不能工作X6-4：空X6-5：进线电源缺相，高为正常，低为缺相X6-6：DSP复位430单片机信号。低复位，高工作。初始化以后为高。X6-7：430给DSP的报警信号，低有效，高正常。X6-8：接地-GNDX6-9：U相电流采样信号IuX6-10：V相电流采样信号IvX6-11：W相电流采样信号IwX6-12：温度采样信号NTCX6-13：DSP采样基准信号-5VX6-14：接地-GNDX6-15：母线电压采样信号X6-16：RS485BX6-17：RS485AX6-18：接地-GNDX6-19：空X6-20：空X7：X7-1：接地-GNDX7-2：+24V供电X7-3：接地-GNDX7-4：+24V供电X7-5：接地-GNDX7-6：+8V供电X7-7：接地-GNDX7-8：+8V供电X7-9：+15V供电X7-10：-15V供电X7-11：PWM使能X7-12：IGBT U相下半桥PWM信号X7-13：IGBT U相上半桥PWM信号X7-14：IGBT V相下半桥PWM信号X7-15：IGBT V相上半桥PWM信号X7-16：IGBT W相下半桥PWM信号X7-17：IGBT W相上半桥PWM信号X7-18：制动斩波器PWM信号X7-19：IGBT过流报警信号，低有效，高正常。X7-20：接地-GNDX13：X13-1：DSP复位430信号X13-2：接地-GNDX13-3：RS485 AX13-4：RS485 BX13-5：接地-GNDX13-6：U相电流采样信号IuX13-7：V相电流采样信号IvX13-8：W相电流采样信号IwX13-9：母线电压采样信号X13-10：风扇启动信号X13-11：空X13-12：IGBT过流报警信号X13-13：430给DSP错误信号X13-14：温度采样信号X13-15：NCX13-16：接地-GNDX13-17：A316J的供电VCC-2条线段-1X13-18：A316J的供电VCC-2跳线端-2X13-19：DSP给驱动板PWM使能信号X13-20：接地-GNDX13-21：制动斩波器PWM信号X13-22：接地-GNDX13-23：IGBT W相上半桥PWM信号X13-24：接地-GNDX13-25：IGBT W相下半桥PWM信号X13-26：接地-GNDX13-27：IGBT V相上半桥PWM信号X13-28：接地-GNDX13-29：IGBT V相下半桥PWM信号X13-30：接地-GNDX13-31：IGBT U相上半桥PWM信号X13-32：接地-GNDX13-33：IGBT U相下半桥PWM信号X13-34：接地-GNDX14：X14-1：DSP复位430信号X14-2：接地-GNDX14-3：RS485 AX14-4：RS485 BX14-5：接地-GNDX14-6：U相电流采样信号IuX14-7：V相电流采样信号IvX14-8：W相电流采样信号IwX14-9：母线电压采样信号X14-10：风扇启动信号X14-11：空X14-12：IGBT过流报警信号X14-13：430给DSP错误信号X14-14：温度采样信号X14-15：NCX14-16：接地-GNDX14-17：VCC-2X14-18：VCC-2跳线端X14-19：DSP给驱动板PWM使能信号X14-20：接地-GNDX14-21：制动斩波器PWM信号X14-22：接地-GNDX14-23：IGBT W相上半桥PWM信号X14-24：接地-GNDX14-25：IGBT W相下半桥PWM信号X14-26：接地-GNDX14-27：IGBT V相上半桥PWM信号X14-28：接地-GNDX14-29：IGBT V相下半桥PWM信号X14-30：接地-GNDX14-31：IGBT U相上半桥PWM信号X14-32：接地-GNDX14-33：IGBT U相下半桥PWM信号X14-34：接地-GND（11）驱动保护板 图2-11驱动IGBT需要在驱动板和IGBT之间做一个连接板，用于降压和接口转换。还有就是保持门级在15V之内。3. 制动斩波器功率板(1) 制动斩波器驱动电源 图3-1驱动电路需要和系统相对独立的电源，而且每一个半桥的供电电源都要求相对独立。所以需要设计六路开关电源。如图3-1所示：我们通过555得到开关频率，通过非门来增加它的驱动能力，在经过电容来驱动升压电路，将电压升到-15V到+15V，再通过推挽输出来，经过一个以-15V为地的变压器，来得到+20V和-10V。通过二极管整流和电容补充以后得到一个正常的直流电压。可以调节555的输出频率可以来调节得到的电压的幅值。计算公式：f=1.49/(RA+2RB)/C；TH=0.693(RA+RB)C；TL=0.693(RB)C；U+=TH*30/(TL+TH);U-=-TL*30/(TL+TH);这样只要我们调节RA和RB，我们就可以得到我们想要的任何电压。(2) 制动斩波器驱动 图3-2 驱动电路主要目的是驱动功率管IGBT，但是IGBT的电压和原有系统的电压有很大的区别，所以我们需要做一个隔离，为了防止输出三相之间短路，我们需要n秒级的反映速度。所以需要做硬件的保护。所以选择 HP A316J来做隔离和硬件保护。当出线硬件故障的时候就会输出低，将TCPX设置高。(3) 制动斩波器控制 图3-3DSP将PWM发出后，需要可以控制是否让PWM去驱动IGBT。在没有信号的时候就把所有的端口都关闭。（二）外接端口说明J1：J1-1：+8V电源进线J1-2：GNDJ2：J2-1：+15V电源进线J2-2：GNDJ2-3：GNDJ2-4:：-15V电源进线J3：J2-1：+48V电源进线J2-2：+24V电源进线J2-3：GNDX4：X4-1：+24V电源X4-2：+8V电源X4-3：NCX4-4：接地-GNDX4-5：A316J供电VCC-2跳线端-1X4-6：A316J供电VCC-2跳线端-2JP9：JP9-1：+15V供电电源JP9-2：-15V供电电源JP9-3：+6V供电电源JP9-4：接地-GNDJP9-5：制动斩波器PWM信号JP9-6：制动斩波器IGBT过流报警信号JP9-7：NCJP9-8：NCJP9-9：NCJP9-10：NCX6：X6-1：接地-GNDX6-2：DSP控制风扇启动，高启动，低停止。和430单片机都可以单独控制X6-3：DSP检测母线电压达到预设值后，给整流触发信号。低触发，高停止。初始化后为高，和430单片机共同控制，有一方信号不到，控制继电器都不能工作X6-4：空X6-5：进线电源缺相，高为正常，低为缺相X6-6：DSP复位430单片机信号。低复位，高工作。初始化以后为高。X6-7：430给DSP的报警信号，低有效，高正常。X6-8：接地-GNDX6-9：U相电流采样信号IuX6-10：V相电流采样信号IvX6-11：W相电流采样信号IwX6-12：温度采样信号NTCX6-13：DSP采样基准信号-5VX6-14：接地-GNDX6-15：母线电压采样信号X6-16：RS485BX6-17：RS485AX6-18：接地-GNDX6-19：空X6-20：空X7：X7-1：接地-GNDX7-2：+24V供电X7-3：接地-GNDX7-4：+24V供电X7-5：接地-GNDX7-6：+8V供电X7-7：接地-GNDX7-8：+8V供电X7-9：+15V供电X7-10：-15V供电X7-11：PWM使能X7-12：IGBT U相下半桥PWM信号X7-13：IGBT U相上半桥PWM信号X7-14：IGBT V相下半桥PWM信号X7-15：IGBT V相上半桥PWM信号X7-16：IGBT W相下半桥PWM信号X7-17：IGBT W相上半桥PWM信号X7-18：制动斩波器PWM信号X7-19：IGBT过流报警信号，低有效，高正常。X7-20：接地-GNDX13：X13-1：DSP复位430信号X13-2：接地-GNDX13-3：RS485 AX13-4：RS485 BX13-5：接地-GNDX13-6：U相电流采样信号IuX13-7：V相电流采样信号IvX13-8：W相电流采样信号IwX13-9：母线电压采样信号X13-10：风扇启动信号X13-11：空X13-12：IGBT过流报警信号X13-13：430给DSP错误信号X13-14：温度采样信号X13-15：NCX13-16：接地-GNDX13-17：A316J的供电VCC-2条线段-1X13-18：A316J的供电VCC-2跳线端-2X13-19：DSP给驱动板PWM使能信号X13-20：接地-GNDX13-21：制动斩波器PWM信号X13-22：接地-GNDX13-23：IGBT W相上半桥PWM信号X13-24：接地-GNDX13-25：IGBT W相下半桥PWM信号X13-26：接地-GNDX13-27：IGBT V相上半桥PWM信号X13-28：接地-GNDX13-29：IGBT V相下半桥PWM信号X13-30：接地-GNDX13-31：IGBT U相上半桥PWM信号X13-32：接地-GNDX13-33：IGBT U相下半桥PWM信号X13-34：接地-GNDX14：X14-1：DSP复位430信号X14-2：接地-GNDX14-3：RS485 AX14-4：RS485 BX14-5：接地-GNDX14-6：U相电流采样信号IuX14-7：V相电流采样信号IvX14-8：W相电流采样信号IwX14-9：母线电压采样信号X14-10：风扇启动信号X14-11：空X14-12：IGBT过流报警信号X14-13：430给DSP错误信号X14-14：温度采样信号X14-15：NCX14-16：接地-GNDX14-17：VCC-2X14-18：VCC-2跳线端X14-19：DSP给驱动板PWM使能信号X14-2