基于STC89C52单片机应用于矩阵整流器应用的研究

佛山职业技术学院 侯进旺

基于STC89C52单片机应用于矩阵整流器应用的研究

佛山职业技术学院 侯进旺

【摘要】作为用电设备与电网的接口，整流装置已经广泛应用于生活的方方面面。本文提出了一种全新的基于STC89C52控制的矩阵整流器。矩阵整流器是由三相AC-AC矩阵变换器演变而来的。通过单片机的控制，实现空间矢量调制算法，使矩阵式整流器直流输出电压稳定，削弱外参数对其工作的不良影响。

【关键词】单片机；矩阵变换器；整流；STC89C52

0、引言

随着电网对电能质量要求的日益增高，传统的电力整流变换装置已经愈发不能满足要求。传统的不可控整流以及相控整流装置除了会消耗大量的无功功率以外，还会给电网注入大量的谐波电流，对电网造成极大的影响。矩阵整流器是由三相AC-AC矩阵变换器演变而来的新型电力变换装置，它具有能量双向流动、四象限工作，实现正弦电流输入等优点，是当今电力电子领域的研究重点。并且矩阵整流器电网谐波污染等重大关键问题，已经成为学者们研究的焦点［1-2］

然后如何控制矩阵整流器正常工作，使其安全、正常、稳定的工作，是制约矩阵整流器在当今工业大规模应用的一道屏障。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。应用STC89C52与矩阵整流器的控制中，可以有效的控制双向开关IGBT按所期望的规律开通以及断开。

1、矩阵整流器及空间矢量调制

矩阵整流器的拓扑如图1.1所示，由三相交流电源ua、ub、uc，LC输入滤波器，六个双向开关S11～S23，LC输出滤波器，负载RL，五部分组成。

通过STC89C52给六个双向开关脉冲信号，控制六个双向开关满足条件的情况下工作，因此矩阵整流器有9中开关状态。这9个开关状态对应于6个有效电流矢量I1～ I6以及3个零矢量I7～I9。其中，电流矢量分布如图1.1所示。如果所示六个电流矢量把空间等分为6个扇区。矩阵整流器输入空间目标矢量Iref由有效电流矢量合成，合成图如1.2所示。

图1.1 电流矢量分布图

图1.2 目标电流矢量合成图

在系统的一个控制周期内，两个有效电流矢量及一个零电流矢量的占空比为：

2、STC89C51单片机硬件系统设计

单片机是整流装置的核心。作为主控制芯片，STC89C52单片机必须能对三相电压源的电压进行实时采样，由于单片机的I/O口只能接收3.3V的电压，所以必须经过调理电路对信号进行抬升以及等比例缩小的流程［4］。通过STC89C52对占空比进行计算，得出对应双向开关的作用时间，通过脉冲驱动电路，给对应的双向开关的门极予以脉冲驱动，以实现整流器的调制算法。并且为了提高本控制系统的实用性，增加了指示电路，对整流器的直流电压输出值已经功率因数实时更新。

3、STC89C51单片机软件系统设计

实现整流器正常工作，即STC89C51单片机要完成对脉冲信号的输出。单片机在定时器T0每次中断到来以后，都启动A/D转换，把三相输入电压的数值实时送进单片机内部，通过3s/2r计算得出对应的扇区，并且计算得出作用于每个双向开关的作用时间，从而完成一个中断服务函数。

4、总结

矩阵整流器作为一种新型AC-DC的电力变换器，已经广泛受到电力电子领域学者们的关注。本文采用STC89C51单片机作为控制单元，采用空间矢量调制算法，控制矩阵整流器正常工作，并且可以有效的控制输出电压的调制范围，符合现代用电的需求。

参考文献

［1］杨喜军，王建全，张峦国，杨兴华.矩阵整流器电流SVM算法的仿真分析［J］.系统仿真学报，2007，19（5）∶1072-1077.

［2］徐壮，殷冠贤，徐殿国.车用新型AC-DC矩阵式变换器［J］.电工技术学报，2011，26（8）∶64-70.

［3］刘晓.AC-DC矩阵变换器调制与控制策略的研究［D］.济南∶山东大学，2014.

［4］胡三影.储能用矩阵式AC/DC变换器的控制［D］.武汉∶华中科技大学，2013.