基于SA868的超小型變頻器研制
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隨著(zhù)現代控制技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調速系統的性能指標已達到了完全可以與直流調速相媲美的程度，其卓越性能使其應用范圍越來(lái)越廣。作為變頻調速系統核心部件的變頻器研制，從功率方面講，正在向兩個(gè)方向擴展：一是將功率做的更大，滿(mǎn)足超大功率場(chǎng)合調速拖動(dòng)的需求；一是將功率做到更小，滿(mǎn)足小功率、超小型功率場(chǎng)合的需求。二者都是當前變頻調速器研究的熱點(diǎn)。向大功率方向擴展要解決的主要難題是提高可靠性，而向超小功率場(chǎng)合擴展要解決的主要難題是提高性?xún)r(jià)比。向小功率特別是超小功率擴展其應用對象遍布各行各業(yè)，量大面寬。一旦推廣，必將產(chǎn)生客觀(guān)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效率。本文就超小功率變頻器的研制做了一些初步的探討。
研制的變頻調速器采用英國MITEL公司生產(chǎn)的變頻調速集成芯片SA868為控制核心，輸出調速所需的變頻、變壓的同步PWM波形，構成了驅動(dòng)三相感應電動(dòng)機的最簡(jiǎn)便的變頻調速系統，當輸入電壓過(guò)高，三相逆變輸出電流過(guò)大,該變頻器會(huì )立即關(guān)閉PWM波形輸出，可以保護功率級半導體器件。該調速器輸入為隨處可用的50Hz、220V交流，故特別適用于小功率及超小功率調速場(chǎng)合。
變頻器框圖及工作原理
由圖１可知，輸入的單向220VAC經(jīng)整流濾波得到光滑的高壓直流，該直流作為輔助電源的原邊電壓和三相逆變器的輸入電壓。過(guò)壓、過(guò)流檢測單元，將時(shí)時(shí)檢查整流濾波電容兩端的電壓，及其直流回路的電流，將信號送入專(zhuān)用集成控制芯片，提供相應的安全保護。專(zhuān)用集成芯片是該變頻器的控制核心，采用英國MITEL公司SA868，該片功能強，外圍元件少，連接簡(jiǎn)單，使用方便。根據SET1~SET4輸入的調速指令，輸出六路雙邊沿調制的PWM波形，該六路輸出經(jīng)隔離，功放后推動(dòng)三相逆變器，三相逆變器由內帶續流二極管的六單元IGBT模塊組成。從而大大減少了連線(xiàn)，縮小了體積，提高了可靠性，而且安裝方便，調試容易。三相逆變器輸出可直接驅動(dòng)三相小功率電機。
原理電路研制
根據上述最小系統框圖，設計、調試了每個(gè)單元具體電路，現分別簡(jiǎn)述如下：
整流濾波及過(guò)壓、過(guò)流檢測電路
電路如圖2所示。
圖2中RT1為熱敏電阻，用來(lái)限制和降低啟動(dòng)瞬間的沖擊電流。經(jīng)D1~D4、C1整流濾波后的高壓直流直接送至6單元IGBT模塊的直流輸入端。C3電容盡可能靠近IGBT模塊，以濾除直流母線(xiàn)上竄入的各種高頻干擾。過(guò)壓檢測信號，過(guò)流檢測信號與整流濾波的模擬地共同構成檢測單元輸出，該兩組輸出送至控制單元。
專(zhuān)用集成控制芯片
專(zhuān)用變頻調速控制集成芯片SA868為三相脈寬調制器。
引腳介紹如下：
：復位端，低電平有效，當其輸入為低時(shí)，完成下述功能：
● 所有PWM輸出置零；
● 所有內部計數器置零；
● 瞬時(shí)頻率置零，方向選擇位置1；
DIR：方向設置端，該位輸入為高，且內部信號允許時(shí)，為正方向旋轉；該位輸入為此時(shí)，反方向旋轉。
SET1~SET4：速度設置端，通過(guò)改變這四位數值可設置新的目標頻率；
VMONITOR：逆變器輸入電壓監控端；
IMONITOR：逆變器輸入電流監控端；
Raccel： 加速速率設置端，外接電阻電容；
Rdecel： 減速速率設置端，外接電阻電容；
XTAL1：時(shí)鐘輸入端；
XTAL2：時(shí)鐘輸出端；
UPPER OUTPUT：逆變橋臂高端輸出；
LOWER OUTPUT：逆變橋臂低端輸出；
SET TRIR：輸出關(guān)閉設置端，當其輸入為高時(shí)，經(jīng)過(guò)３~４個(gè)主時(shí)鐘頻率周期的延時(shí)，仍為高，則PWM輸出信號被禁止，該機制狀態(tài)可通過(guò)清除。
：關(guān)閉狀態(tài)指示端，低電平有效，低電平指示已關(guān)閉PWM信號，該端可直接驅動(dòng)LED；
芯片特點(diǎn)
專(zhuān)為民用產(chǎn)品設計的波形產(chǎn)生器，工作溫度為0℃~70℃；內設驅動(dòng)器，或直接驅動(dòng)光耦，實(shí)現隔離；載波頻率選擇可高達24KHz，實(shí)現無(wú)噪聲運行；調制頻率范圍寬：0~4000Hz;
由用戶(hù)定義的所有參數，有廠(chǎng)家編程在ROM中；雙極性調制；最小脈寬，死區時(shí)間可選擇；加速時(shí)間、減速時(shí)間的選擇由外部電阻設置；有三種波形可供用戶(hù)選擇；SA868為24引腳，有雙列直插式和扁平小外形兩種封裝形式。
芯片連接方法
在超小型變頻器中，SA868具體連接如圖3所示。
圖3中，過(guò)流檢測信號經(jīng)運算放大器358組成的同相放大器送入SA868的電流監控端，假如發(fā)生過(guò)流，SA868會(huì )瞬時(shí)禁止PWM信號輸出，電壓檢測信號送入電壓監控端。R7、R8、C5、C6分別確定加速振蕩器和減速振蕩器的頻率。通過(guò)改變R、C值，就可設置所需的加速和減速頻率。該片的時(shí)鐘由20MHz的晶振提供，為確保晶體正常工作，晶振兩引腳到數字地之間應接入10pF~68pF電容。運算放大器358B及其電阻、穩壓管構成欠壓檢測電路，當工作電壓過(guò)低時(shí)，運放358B輸出高電平，使SET TRIP端置1，瞬時(shí)關(guān)斷PWM輸出，保護功率級免受損壞。速度設置及保護告警均通過(guò)P1插座輸入和輸出。
SA868六路輸出的隔離驅動(dòng)電路完全相同，下面僅以其中一路為例，如圖4所示。從SA868的XTAL2端輸出的20MHz信號經(jīng)2個(gè)74HC74組成的4分頻得到5MHz的方波輸出，該輸出接至74F126，從而使BC337、BC227構成的推挽式開(kāi)關(guān)電路按5MHz頻率工作，即隔離變壓器T2也以5MHz高頻方式工作，該變壓器T2所加的電源電壓為PWM信號RPHT，因而將該控制信號通過(guò)高頻斬波傳送到T2副邊，副邊經(jīng)過(guò)D6~D9全波整流，又恢復成原控制信號，加至 模塊的G、E之間，該驅動(dòng)電路即實(shí)現了隔離，而且體積重量非常小。
結語(yǔ)
該超小型變頻器功能強，外圍電路簡(jiǎn)單，可靠性高，使用方便，容易構成超小型變頻調速系統，當變頻器功率模塊足夠冷卻時(shí)，其輸出可達1KVA?！?/P>
參考文獻:
1. 侯振義等，交流逆變電路的脈寬調制器SA868[J].國外電子元器件，1998,NO.9
2. 丁道宏，電力電子技術(shù)[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，1999.修訂版
3.Mitel公司網(wǎng)上資料，www.mitel.com
圖1 超小型變頻器框圖
圖2 整流濾波及過(guò)壓、過(guò)流檢測電路
圖3 SA868連接圖
圖4 隔離驅動(dòng)電路
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