基于87C196MH的车载逆变电源设计方案

DC/AC电路设计

　　车载逆变器主控芯片为Intel单片机87C196MH，由单片机87C196MH输出6路互补SPWM信号为IPM提供驱动脉冲，将400 V直流电源逆变为三相230 V/50 Hz的交流电源，为机车电力设备供电，主控电路结构如图3所示。

　　当单片机上电启动后首先经历一个软启动过程，该过程中单片机主要完成检测输入电压过欠压、输入电流过流和IPM电流过流故障。若无故障，则单片机根据输出电压反馈值调整SPWM的载波频率和调制比，使输出电压稳定。

　　当输出电压稳定后，单片机启动缺相保护，检测输出电压是否跌落。如果发生缺相故障，单片机将停止输出驱动脉冲，并且点亮软件故障指示灯。同时，当逆变电路正常工作的同时，单片机继续实时检测其他故障情况，一旦发生故障将停止输出SPWM信号并点亮故障指示灯，进入软件保护状态。这样保证了逆变电源工作在安全状态。

　　3.1 单片机控制系统设计

　　单片机通过地址总线和数据总线分别控制片外EPROM和锁存器，其中8位数据总线和14位地址总线的低8位分时复用。EPROM存放单片机程序，当单片机上电后将运行EPROM中的程序。锁存器起到数据暂存作用，当读取EPROM某个地址中的程序时，先由单片机对EPROM进行地址操作，然后通过锁存器暂存地址总线的低8位，此时它们作为8位数据总线将选定地址中的程序送入单片机去执行。

　　在控制系统中，单片机第46~48引脚对输出三相电压进行采样，第40引脚为外部参考电压输入，第62引脚为故障信号输入，第30~35引脚为PWM输出，第12~16引脚为高6位地址总线，第17~24引脚为低8位地址总线和8位数据总线的复用总线。

　　单片机对输出电压进行采样，并且实时监控各个故障信号。同时根据输出电压的反馈量调整SPWM的调制比，调节输出电压有效值。

　　3.2 驱动电路设计

　　图4所示为驱动电路，该电路的作用就是把单片机输出的SPWM驱动信号经过光耦隔离并适当放大，然后送到IPM模块的相应管脚，进而控制IPM内部IGBT的开通和关断。光耦主要用来实现主电路和控制电路之间的信号连接，满足主电路和控制电路之间的电气隔离。本设计中选用HP公司的光耦HCPL-4503，该芯片有效地起到信号隔离和电压放大作用，完成驱动IPM的目的。

　　4 实验研究

　　为了验证本系统控制策略的正确性，对本文所研制的车载逆变器进行了实验测试。车载逆变器带阻性负载，实验样机输入DC电压90 V~120 V;输出AC电压230 V，50 Hz;开关频率3 kHz;最小输出功率为880 W。

　　在测试实际波形的时候，用数字示波器测量L4981A的PWM输出端，同时使用1:100的高压差分探头，测量直流输出波形，在空载时对DC/DC的驱动信号波形进行采集如图5所示。输入110 V，PWM频率27.66 kHz，占空比为8.45%，直流升压输出电压为405 V。