1 概述

　　随着铁路运输的发展和工作生活条件的改善，机车乘务人员对工作环境和条件的要求越来越高，为此需对机车司机室安装空调系统。但由于空调机组是三相交流负载，而机车车载电源为dc110v，所以需设计一逆变电源，将dc 110v变换为ac 380v供给空调机组。

　　考虑到机车运行环境的特殊性，如：震动较大;工作环境温度较高;车门开闭频繁，使得空调机组起停频繁;司机室内电气控制设备和信号设备密集，易与空调电源产生相互的电磁干扰等，因此对其空调电源的抗震性、抗电磁干扰性、运行的安全可靠性等方面提出了更高的要求。根据技术指标要求，在控制电源和辅发输入电压波动±30%的范围内，逆变电源必须为空调提供电压波动在+1 0%/一1 5%，频率波动在±5%以内，额定输出电压相对谐波含量(3 1次以下谐波含量总均方根值与输出总电压均方根值之比)小于5%的三相380v交流电压，且在一25℃～7 0℃之间均能可靠运行。

　　2 工作原理与硬件结构

　　由主电路部分和控制部分组成。升压斩波电路由pwm控制器sg3525进行控制，逆变电路以inte1公司的单片机87c196mc为核心进行控制。

　　2.1 主电路

　　逆变电源的主电路如图2所示，主要由dc/d c、dc/ac两部分组成。dc 1 1 0v输入电压经ci滤波后送至由ll、t1、d7组成的升压电路，电压变为dc 540v。由vt 1～v t 6及d 1一d 6组成的逆变电路将此dc 540v电压逆变为三相ac 3 80v。升压斩波电路采用b00 st变换器的拓扑结构，开关管采用i g b t。逆变桥的开关器件采用先进的智能功率模块ipm。ipm是以igbt为基本功率开关器件，同时内部集成了优化的门极驱动及保护电路的功能模块，其保护功能主要有过流、控制电源欠压和管芯过热等保护。当模块发生故障时，可以根据ipm故障输出端的输出信号，进行故障判断。系统的可靠性得以进一步提高，结构更紧凑。

　　2.2 升压电路的控制

　　升压电路采用p w m控制器sg 3 5 2 5进行控制，其外围电路如图3所示。sg3 525是电压型的pwm控制器，即按照反馈电压来调整输出脉宽，内部由基准电压调整器、振荡器、误差放大器、比较器、pwm锁存器、欠压锁定电路、触发器、或非门、输出级、软启动和关闭电路组成。

　　电路上电后，振荡器产生幅值在1.2v～3.6v之间的连续三角波送至sg3525芯片内部的pwm比较器，同时产生供t触发器工作的同步方波脉冲。

　　隔离运放u1(a7408)和运放u2(c40 74g)组成比例积分(pi)调节器，升压电路的输出电压经过此p i调节器得到电压负反馈信号，输入到s g 3 5 2 5内部误差放大器的反相输入端，与同相端的芯片内部产生的基准电压经比较、放大，输出至pwm比较器，与振荡器的三角波比较，输出的方波与内部的t触发器的输出脉冲一起送至芯片内部的或非门，使两个输出驱动管交替导通，产生一路开关控制信号(1 1脚或1 4脚)。开关控制信号的脉宽由电压反馈信号控制，当输出电压高于540v时，经过运算放大器隔离和放大的电压反馈信号增大，由于sg3525的负反馈，使其输出的pwm波脉宽减小，斩波输出电压降低;反之，sg 3 5 2 5输出pwm波脉宽增大，斩波输出电压升高，从而使输出电压维持5 4 0 v的稳定。

　　由于斩波电路中p w m波的占空比范围约为0～8 4%。而sg3525单路输出的占空比最大只能达到50%，所以这里将芯片的1 1引脚和1 4引脚输出的两路相位互差1 80。的pwm脉冲经外接的或非门u3以后输出给升压电路的开关管，使脉冲频率提高了一倍，满足了占空比的要求。

　2.3 逆变控制器87c196mh

　　逆变电路采用i n t e l公司的8 7 c 1 9 6 m c作为控制器。8 7 c 1 9 6 m c是为三相交流感应电机和支流无刷电机而设计的1 6位单片机，由一个c1 96内核、一个a/d转换器、一个事件处理阵列epa、两个定时/计数器、一个三相波形发生器wfg和一个脉宽调制单元pwm和七个i/o口等组成。

　　87c1 96mc片内三相波形发生器wfg大大简化了用于产生同步pwm波的控制软件和外部硬件。wfg共有三个同步的pwm模块，每个模块包含一个相位比较寄存器、一个无信号时间发生器和一对可编程的输出，产生一对互补的pwm波。故wfg可产生独立且互不重叠的具有相同频率和工作方式的三相六路pwm波，由p6口输出，每路驱动电流可达2 μa。为防止同一桥臂上两个开关管同时导通而短路，可通过程序对wfg设置死区互锁时间，在使用1 6mh z晶振时，死区时间可在0.1 25～1 25μs之间设置。

　　逆变控制电路硬件原理框图如图4所示。启停控制电路为开关量控制，按下启动按钮，斩波电路先工作，经延时后向逆变控制电路发送启动信号，单片机开始输出pwm脉冲。故障反馈电路在逆变电路发生输出过流及输出缺相时，使单片机向逻辑保护电路发出故障信号，采用继电器输出。外部扩展e2prom作为数据存储区存放按载波比不同设置的几个正弦真值表，用于spwm波的生成。rs232电路用以实现与键盘电路的接口。保护回路设有输出过流保护和缺相保护电路，故障保护