管。
3.2.2 主电路的开关器件选取
根据设计的要求，选用MG200Q2YS50型IGBT。具有如下参数极值：共射极饱和电压为1200V，栅射极最大额定电压为±20V，集电极功耗（Tc=25oC）为400W，结温为150oC，存储温度范围为-40~125oC。
栅极驱动电压:IGBT开通时，正向栅极电压的值应该足够令IGBT产生完全饱和，并使通态损耗减至最小，同时也应限制短路电流和它所带来的功率应力。在任何情况下，开通时的栅极驱动电压，应该在12~20V之间。当栅极电压为零时，IGBT处于关断状态。但是，为了保证IGBT在集电极、发射极电压上出dv/dt噪声时仍保持关断，必须在栅极上施加一个反向关断偏压，采用反向偏压还减少了关断损耗。反向偏压应该在-5~-15V之间。
IGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的，因此栅极电阻值将对IGBT的动态特性产生极大的影响。数值较小的电阻使栅极电容的充放电较快，从而减小开关时间和开关损耗。
为了使单片机发出PWM脉冲信号能够控制IGBT的导通，在中间必须使用一个驱动装置来实现脉冲信号的放大。本文所设计的驱动电路采用300A，1200V快速型IGBT专用驱动模块EXB841。该电路的信号延迟时间不超过1 ，最高开关频率可达40kHz-50kHz，外部只需要提供单电源20V，内部自己产生-5V反偏压。该模块采用高速光电隔离，射极输出，并且有短路保护及慢速关断功能。
其工作原理如下：
主要有3个工作过程：正常开通过程、正常关断过程和保护动作过程。
（1）正常开通过程：当PWM输入信号使光耦导通时，A点电位迅速下降至0V，使VT1、VT2 截止，D点电位上升至20V,VT4导通,VT5截止，EXB841通过VT4及栅极由电阻RG向IGBT提供电流，使之迅速导通。与此同时,VT1截止。+20V电源通过R3向电容C2充电，由于IGBT约1μs内已导通，VCE管压降约3V左右，从而将EXB841的6脚电位保持VD7- VCE-VST2的串联电压约8V，稳压管VST1的稳压值为13V，在IGBT导通过程中无法导通，于是VT3不通，E点电位较高，VD6截止，不影响VT4与VT5的正常工作。
（2）正常关断过程：当光耦无输入信号时，A点电位上升，使VT1、VT2导通，
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VT4截止，VT5导通，使3脚电位下降，IGBT关断。关断时管压降VCE迅速上升，使VD7截止，6脚悬空，又由于VT1导通，C2通过VT1将B、C两点的电压嵌在0V,VT3仍不通，IGBT正常关断。
（3） 保护动作过程：设在IGBT正常导通时发生短路现象，则由于主电流很大IGBT将退出饱和，VCE立即上升，6脚悬空，6脚电位不再篏位为8V，电容C2上的电压就立即上升，当充电电压高于13V时VT3开始导通，VT3导通C4放电，E点电位逐渐下降，慢慢关断IGBT，同时5脚上输出低电平作为过流报警输出。
图3-3 IGBT触发电路
3.2.3 电流、转速、电压检测电路选择
检测与传感是实现单片机控制的关键环节，它与信息系统的输入端相连。并将检测到的信号输送到信息处理部分，是单片机控制系统的感受器官。
传感器是一种以一定精确度将被测量（如位移、力、加速度等）转换为与之有确定对应关系的，易于精确处理和测量的某种物理量的测量部件或装置。
检测是检出和测量的总和。检出定义为指示某些特殊量的存在，但无需提供量值的过程。测量则被定义为以确定被测对象量值为目的的全部操作。
传感检测技术就是应用传感器将被测信息转换成便于传输和处理的物理量，进而进行变换、传输、显示、记录和分析数据处理的技术。
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本设计中电压V检测采用运算放大器配合光电耦合器件与单片机实现接口；电流I检测采用霍尔传感器LA50-NP检测直流电流；一旦检测到电压或电流超过设定的参数，单片机则立刻产生中断处理，即可封锁输出给IGBT的PWM信号，并控制发生声光报警。
3.2.3.1 电流检测电路选择
本设计中可直接选用电压输出型电流霍尔元件。它是根据霍尔效应制成的，在一个半导体薄片相应两侧面通以控制电流I，在薄片的垂直方向加磁场B，则在半导体另两侧产生一个大小与控制电流I和磁场的乘积成比例的电动势UH。这一现象叫霍尔效应，其所产生的电动势称为霍尔电动势，其半导体片称为霍尔元件。
若霍尔元件有N型半导体制成，则自由电子沿与电流I相反的方向运动。由于电子运动时受磁场中洛仑兹力FL作用，电子向一侧偏转，并使该侧形成电子的积累。与此同时，元件的横向变形成了磁场，它使随后的电子在受到FL的同时，还受到与此反向的电场力FE的作用。当两力相等时，电子的积累变达到动态平衡，这时在两横端面之间建立的电场成为霍尔电场EH，相应的电势称为霍尔电势UH。
N型霍尔元件的UH?IB/(ned) ,P型霍尔元件的UH?IB/(ped)
两式中，n为电子密度；p为空穴密度；e为电子电量；d为元件厚度，单位为m。令 RH?KH?11或，则UH?RHIB/d，RH称为霍尔系数，其值反映霍尔效应的强弱。设nePeRH，则UH?KHIB ,KH称为霍尔元件灵敏度，它表示在单位电流单位磁场作用下，d开路的霍尔电势输出值。
3.2.3.2 转速检测电路选择
本次设计采用75CYB0型永磁直流测速发电机进行转速检测。
测速发电机的工作原理类似于发电机的工作原理，两者都是将转动的机械能转换为电信号输出。当测速发电机工作时，在某一瞬间其输出电压Usc跟角速度?成正比，而极性有旋转方向确定。
3.2.3.3 电压检测电路选择
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采用隔离电路可将AT89C51与被控对象隔离开，以防止来自现场的干扰或强电侵入。数字信号比模拟信号的隔离易于实现，所以输出通道中大部分采用数字隔离。 (1)光电耦合器的结构及特点
普通光电耦合器以发光二极管为输入端，光敏三极管为输出端。光电耦合器绝缘电阻可达1010以上，并能承受1500V以上的高电压。被隔离的两端可以不共地自成系统，避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。另外，以发光二极管作为发光源，其动态电阻很小，可以抑制系统内外的噪声干扰。 (2)光电耦合器输入控制和输出形式
光电耦合器的发光二极管正常发光电流为毫安级，为满足电流要求，长采用限流电阻的开关输入控制。输出也分为集电极输出和发射极输出等形式。
3.3 控制电路 3.3.1 键盘电路设计
本次设计采用4×4键盘，因此，电路图可以设计成如图3-4所示。由图中可知，P2的高4位连接4×4键盘的Y3、Y2、Y1及Y0，P2的低4位连接4×4键盘的X3、X2、X1及X0。
图3-4键盘电路
3.3.2 显示电路设计
本次设计要求8位显示，因此使用两个4位数的7段LED数码显示模块，连接成8位数字的显示电路，再使用74138和7447进行译码，具体的电路图如图3-5所示。
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图3-5 显示电路
3.3.3 转速反馈量与单片机的接口设计
直流测速发电机的输出是一个模拟量，当它与单片机接时，必须经过A/D转换。现在，有许多单片机内部集成了A/D转换器，它们大多具有8~12位的转换精度。因此，如果这样的转换精度能满足要求，就没有必要再外接A/D转换器。
本设计采用了AT89C51单片机，直流测速发电机与单片机的接口如图3-6所示。
图3－6直流测速发电机与单片机的接口
它内部集成有12位8通道的A/D转换器，以及2.43V内部参考电压，因此A/D转换可以全部在片内完成。直流测速发电机安装在被测电动机轴上，以与被测电动机相同的转速旋转。测速发电机的输出电压通过R2和C1组成的滤波环节后，滤去测速发电机输出的纹波，使之到达电位器Rw两端的电压是稳定的直流电压。调整Rw的位置，使测速发电机在最大转速时，抽头所获得的电压为2.4V。R1用于限流。
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