基于STC89C52單片機應用于矩陣整流器應用的研究

佛山職業技術學院 侯進旺

基于STC89C52單片機應用于矩陣整流器應用的研究

佛山職業技術學院 侯進旺

【摘要】作為用電設備與電網的接口，整流裝置已經廣泛應用于生活的方方面面。本文提出了一種全新的基于STC89C52控制的矩陣整流器。矩陣整流器是由三相AC-AC矩陣變換器演變而來的。通過單片機的控制，實現空間矢量調制算法，使矩陣式整流器直流輸出電壓穩定，削弱外參數對其工作的不良影響。

【關鍵詞】單片機；矩陣變換器；整流；STC89C52

0、引言

隨著電網對電能質量要求的日益增高，傳統的電力整流變換裝置已經愈發不能滿足要求。傳統的不可控整流以及相控整流裝置除了會消耗大量的無功功率以外，還會給電網注入大量的諧波電流，對電網造成極大的影響。矩陣整流器是由三相AC-AC矩陣變換器演變而來的新型電力變換裝置，它具有能量雙向流動、四象限工作，實現正弦電流輸入等優點，是當今電力電子領域的研究重點。并且矩陣整流器電網諧波污染等重大關鍵問題，已經成為學者們研究的焦點［1-2］

然后如何控制矩陣整流器正常工作，使其安全、正常、穩定的工作，是制約矩陣整流器在當今工業大規模應用的一道屏障。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。應用STC89C52與矩陣整流器的控制中，可以有效的控制雙向開關IGBT按所期望的規律開通以及斷開。

1、矩陣整流器及空間矢量調制

矩陣整流器的拓撲如圖1.1所示，由三相交流電源ua、ub、uc，LC輸入濾波器，六個雙向開關S11～S23，LC輸出濾波器，負載RL，五部分組成。

通過STC89C52給六個雙向開關脈沖信號，控制六個雙向開關滿足條件的情況下工作，因此矩陣整流器有9中開關狀態。這9個開關狀態對應于6個有效電流矢量I1～ I6以及3個零矢量I7～I9。其中，電流矢量分布如圖1.1所示。如果所示六個電流矢量把空間等分為6個扇區。矩陣整流器輸入空間目標矢量Iref由有效電流矢量合成，合成圖如1.2所示。

圖1.1 電流矢量分布圖

圖1.2 目標電流矢量合成圖

在系統的一個控制周期內，兩個有效電流矢量及一個零電流矢量的占空比為：

2、STC89C51單片機硬件系統設計

單片機是整流裝置的核心。作為主控制芯片，STC89C52單片機必須能對三相電壓源的電壓進行實時采樣，由于單片機的I/O口只能接收3.3V的電壓，所以必須經過調理電路對信號進行抬升以及等比例縮小的流程［4］。通過STC89C52對占空比進行計算，得出對應雙向開關的作用時間，通過脈沖驅動電路，給對應的雙向開關的門極予以脈沖驅動，以實現整流器的調制算法。并且為了提高本控制系統的實用性，增加了指示電路，對整流器的直流電壓輸出值已經功率因數實時更新。

3、STC89C51單片機軟件系統設計

實現整流器正常工作，即STC89C51單片機要完成對脈沖信號的輸出。單片機在定時器T0每次中斷到來以后，都啟動A/D轉換，把三相輸入電壓的數值實時送進單片機內部，通過3s/2r計算得出對應的扇區，并且計算得出作用于每個雙向開關的作用時間，從而完成一個中斷服務函數。

4、總結

矩陣整流器作為一種新型AC-DC的電力變換器，已經廣泛受到電力電子領域學者們的關注。本文采用STC89C51單片機作為控制單元，采用空間矢量調制算法，控制矩陣整流器正常工作，并且可以有效的控制輸出電壓的調制范圍，符合現代用電的需求。

參考文獻

［1］楊喜軍，王建全，張巒國，楊興華.矩陣整流器電流SVM算法的仿真分析［J］.系統仿真學報，2007，19（5）∶1072-1077.

［2］徐壯，殷冠賢，徐殿國.車用新型AC-DC矩陣式變換器［J］.電工技術學報，2011，26（8）∶64-70.

［3］劉曉.AC-DC矩陣變換器調制與控制策略的研究［D］.濟南∶山東大學，2014.

［4］胡三影.儲能用矩陣式AC/DC變換器的控制［D］.武漢∶華中科技大學，2013.