基于IGBT模块的可变频变幅交流电源设计

摘要：为了在螺线管中产生交变的可变频变幅的磁场，本文设计一种基于IGBT模块的功率放大电路设计。介绍了系统的硬件组成和软件设计，最终实现可以作用在螺线管上的可变频变幅的交变磁场。该系统运行稳定，效果良好，投入成本较低、开发周期短、运行稳定，产生波形稳定，具有一定范围内调频调幅的能力，为其他研究的持续进行提供了保障。

关键词：AVR IGBT 变频

中图分类号：TG434；TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00

1装置的设计要求

（1）能在一定范围内输出任意频率、任意大小的方波电信号，产生所需的交变电磁场。

（2）在安全运行下以磁场强度的增大为原则进行设计。

2 装置的总体框图

整个装置的控制器为ATmega128单片机，功率放大模块主要采用三菱PM50B4LA060模块。如图1。

当针对不同工况，需要提供某一频率和电流时，AVR单片机就能够输出所需的频率，并且设置控制单片机PWM波，经过功率放大电路后加到螺线管线圈中，产生交变电磁场作用于循环水。

3 硬件电路的设计

由于实验需要很高的磁场强度，所以采用大功率模块PM50B4LA060，ATmega128采用定时器1，通过OC1A和OC1B引脚输出两路互补的带死区的方波信号，该方波信号输入到A4504，光耦的VCC端接15V直流电源，经过隔离光耦后，输出为幅值为15V的两路互补的带死区的方波信号，每路信号分别同时控制两个桥臂，最终实现作用于逆变模块的桥臂进行导通和截止的控制。模块输入端接入大电压信号，输出端即为所需的大电压的交流方波电压信号。输出端接入到缠绕的螺线管线圈中，就会产生交变的电磁场。

4 任意频率PWM波的输出

4.1 工作模式的选择

ATmega128共有定时器0、1、2、3四个定时器，定时器0和定时器2都为8位定时器，定时器1和定时器3为16位定时器，且定时器1可以实现精确定时。由于本设计需要得到两路带死区的PWM波，所以选用的为定时器1。

定时器1的工作模式有5种，其中相位和频率修正PWM模式可以产生高精度的、相位与频率都准确的PWM波形。由于本设计需要调节PWM波的输出频率和改变占空比，所以选用的为相位与频率修正PWM模式。

4.2 PWM波输出程序的设计

PWM频率的计算公式为：PWM频率=系统时钟频率/（分频系数×2×计数器上限值）

要想输出任意频率且带有死区的PWM波，首先要进行端口初始化，将PB5和PB6口设置为输出。然后通过设置数据寄存器-TCNT1H和TCNT1L的值，可以赋给初值，这里将初值设置为0。再要对定时器1的相关寄存器进行设置。通过设置控制寄存器A-TCCR1A、控制寄存器B-TCCR1B和控制寄存器C-TCCR1C的控制字，可以设置定时器1的工作模式、分频系数和比较输出模式等，本程序中将定时器设置为8分频、16位的相频修正模式，A升序比较匹配清零，B比较匹配置位。然后通过设置输入捕捉寄存器1-ICR1H和ICR1L的值，可以设定计数器的上限值，根据PWM计算公式可得到所需的PWM频率。对以上寄存器的设置可以实现对频率的修正。

由于PM50B4LA060模块工作需要一定的死区时间，所以还需要相位修正，通过对输出比较寄存器1A-OCR1AH和OCR1AL、输出比较寄存器1B-OCR1BH和OCR1BL寄存器的设置，可以调整占空比的大小，完成相位的修正。当设置完成频率和相位的设置后，便能够得到所需频率和占空比的PWM波形。

5结语

本系统已经成功应用于实验室建设项目中，经过连续运行表明：系统设计合理、投入成本较低、开发周期短、运行稳定，产生波形稳定，具有一定范围内调频调幅的能力，具有较高的实用和推广价值。

参考文献

[1]胡玲艳，唐锴，解金耀.基于MCGS锅炉液位和温度控制系统的设计[J].自动化与仪表，2006（02）.

[2]张学孟.变频电磁抑垢装置的设计及实验研究[D].吉林：东北电力大学，2011.

收稿日期：2016-01-06

作者简介：王瑜瑞（1989―），男，黑龙江林口县人，东北电力大学自动化工程学院在读硕士研究生，研究方向变频电磁水处理。李雨通（1987―），男，河南安阳人，研究生，二滩水力发电站研究员，研究方向电力设备节能。