87C196MC与IPM模块组成的变频调速系统

随着大功率开关器件制造技术和计算机技术的迅猛发展，交流电机的变频调速在一般工业领域以至许多民用领域中已得到广泛应用。在节能、减少维修、提高产品产量及产品质量等方面都取得了明显的经济效益。目前，高性能交流调速系统的研究和开发已引起各国学者的高度重视，而所用微处理器、功率器件及产生SPWM波的方法是影响变频器性能好坏的直接因素。

1 系统硬件电路设计

1.1 87C196MC及IPM简介

87C196MC 是Intel公司专门为三相异步电动机和直流无刷电动机控制而设计的16位单片机。它由C196内核、8KB EPROM、三相波形发生器WFG、A/D转换器、事件处理门阵列EPA、定时器和脉宽调制单元等组成。其中，三相波形发生器WFG是87C196MC的一大特色。WFG可以通过P6口直接输出用于逆变器驱动的6路SPWM信号，每个引脚的驱动电流可达20mA，在使用16MHz时，驱动信号的频率可达 8MHz。为防止同一桥臂上2个功率管发生直通造成短路，该发生器还可通过编程设置死区互销时间，在16MHz晶振时，死区时间范围为 0.125～125μs之间。一旦启动，WFG只要CPU在改变PWM波的占空比时加以干涉，大大减少了CPU的开销。三相波形发生器WFG的存在大大简化了用于产生PWM波形的软件和硬件，使系统得以大大简化。

智能功率模块IPM已经被广泛应用在变频器、数控机库、工业机器人等电能转换设备中。带有IGBT驱动电路和自诊断、保护功能完善的IPM的使用，使得电能转换设备体积更小、更可靠、更具智能化。本系统所选用的功率器件为7MBP50RA120。它内部含有组成1个三相H桥（逆变桥）和1个制动单元的7个 IGBT和7个快速功率二极管，并且含有相应的驱动电路。另外它的保护功能相当完善，内含过电流保护（OC）、短路保护（SC）、驱动电源欠电压保护（UV）、过热保护（OH）、报警输出（ALM）等。7MBP50RA120是富士电机推出的第4代R-系列智能功率模块IPM，它克服了在传统的 IGBT-IPM中，当工作温度迅速上升时IPM可能被击穿（这种击穿发生是因为提供温度保护的温控器安装在IGBT芯片的绝缘基板上）以及有时由于寄生电容或控制电路产生的寄生电感而引起的噪声使IGBT产生误动作的缺点，并且该系列的IPM所使用的元件数量比传统的IPM少得多（仅为5%），可靠性得到很大提高。

1.2 硬件电路

系统硬件电路采用交-直-交变频方式，如图1所示。三相工频电压经速流桥6RI30G-160整流后，再经2个电容器HCGF5A2W222Y平滑滤波后送至IPM模块7MBP50RA120的主电流输入端口P、N端。