三相SPWM產(chǎn)生器SA8282在靜止逆變器中的應用

　　1引言

　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的不斷更新，脈寬調制技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應用。通常采用的方法有兩種，即模擬法和數字法。模擬電路較復雜，有溫漂現象，影響精度，限制了系統的性能;數字法按照不同的數學(xué)模型用計算機算出各切換點(diǎn)，將其存入內存，然后通過(guò)查表及必要的計算產(chǎn)生PWM波，但數字法受內存影響較大，不能保證系統的精度。SA828、838系列三相、單相PWM產(chǎn)生器可與微處理器連接，完成外圍控制功能，使系統智能化。微處理器只用很少的時(shí)間去控制它，因而有能力進(jìn)行整個(gè)系統的檢測、保護、控制等。本文介紹了采用三相PWM產(chǎn)生器SA8282來(lái)研制靜止逆變器。

　　2功能簡(jiǎn)介

　　21功能特點(diǎn)

　　SA8282專(zhuān)用大規模集成電路芯片內部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。它采用獨立的標準微處理器接口，成為一種通用可編程微機的外圍接口芯片。

　　(1)SA8282主要特點(diǎn)

　?、偃珨底只疭A8282與微處理器的連接，適用Intel和Motorola兩種總線(xiàn)接口，編程簡(jiǎn)潔、方便。全數字化的脈沖輸出有很高的精度和溫度穩定性;

　?、诠ぷ鞣绞届`活SA8282有六個(gè)標準的TTL電平輸出，用來(lái)驅動(dòng)逆變器的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件。直接通過(guò)軟件設定載波頻率、調制頻率、調制比、最小脈寬、死區時(shí)間等工作參數，無(wú)需任何外接電路，節約了硬件成本;

　?、酃ぷ黝l率范圍寬精度高三角載波頻率可調，當時(shí)鐘頻率為12.5MHz時(shí)，則載波頻率最高可達24kHz，輸出調制頻率最高可達4kHz，輸出頻率的分辨率可達12位字長(cháng)。

　　(2)管腳說(shuō)明

　　SA8282有兩種封裝形式：28腳雙列直插式封裝(如圖1所示)與扁平小外形封裝。

　?、倥c微處理器接口的標準總線(xiàn)AD0～AD7為8位地址與數據復用總線(xiàn);

　?、诳刂瓶偩€(xiàn)WR、RD、ALE采用Intel控制模式，R/WDSAS采用Motorola控制模式，CS為片選輸入;

　?、圯敵黾翱刂芌PHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB為標準的TTL電平輸出端，即PWM驅動(dòng)信號。TRIP指示輸出封鎖狀態(tài)，低電平有效。SETTRIP為關(guān)斷觸發(fā)信號輸入端。當輸入出現高電平時(shí)，輸出腳TRIP及六個(gè)PWM輸出將被迅速地鎖存在低電平狀態(tài)，這種封鎖信號只有在RST信號作用下才能解除。

　　圖1SA8282管腳圖

　?、茈娫碪DD為+5V電源端，USS為接地端。

　　22SA8282工作原理

　　圖2為SA8282原理框圖，其內部主要工作原理包括三個(gè)部分：

　　圖2 SA8282原理框圖

　　(1)接受并存儲微處理器初始化命令和控制命令

　　主要有總線(xiàn)控制、地址/數據總線(xiàn)、暫存器R0～R2、虛擬寄存器R3～R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器構成。它以控制字的形式來(lái)實(shí)現。在工作之前，先進(jìn)行初始化，即從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸入控制字，進(jìn)行系統參數設置。

　　(2)從內部ROM讀取及產(chǎn)生PWM調制波形

　　它由地址發(fā)生器、波形ROM及相位和控制邏輯所構成。由于調制波于90°、180°、270°對稱(chēng)，所以波形ROM中僅存0～90°的波形瞬時(shí)值，SA8282根據地址發(fā)生器的信號直接從波形ROM中讀取波形數據，然后通過(guò)相位控制邏輯，把它組成0～360°的完整波形和三相波形，而不需要微處理器的幫助。

　　(3)三相輸出控制電路

　　每相輸出控制電路又由脈沖取消和脈沖延時(shí)電路構成。脈沖取消電路用來(lái)將脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖去掉。延時(shí)電路保證死區間隔，以防止在轉換瞬間橋路開(kāi)關(guān)器件出現直通現象。

　　3逆變器硬件電路

　　靜止逆變器的硬件結構如圖3所示，它主要有下列幾個(gè)部分組成。

　　圖3 逆變器原理框圖

　　31控制電路

　　8031單片機最小系統及少量的擴展外圍芯片和SA8282三相PWM產(chǎn)生器構成本系統控制電路。單片機除完成SA8282的初始化、輸出脈寬控制、頻率控制外，同時(shí)完成開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制算法的運算及數據處理，模擬信號與數字信號的檢測、保護功能的邏輯判斷等。

　　由于SA8282和單片機使用同一個(gè)晶體振蕩器，故同步性能穩定，漂移小。

　　32驅動(dòng)電路

　　驅動(dòng)電路由EXB840構成。SA8282輸出PWM信號通過(guò)驅動(dòng)模塊EXB840直接驅動(dòng)IGBT管，隔離性能好，抗干擾能力強，同時(shí)具有過(guò)流檢測及切斷電路等功能。一旦EXB840檢測到過(guò)流信號，則快速向SA8282發(fā)出保護高電平，封鎖各路IGBT驅動(dòng)信號，高速切斷電路，關(guān)斷IGBT。

　　33主電路

　　其形式為AC/DC/AC逆變電路。將輸入的三相交流電壓經(jīng)整流、濾波后以直流電壓供給逆變器。主開(kāi)關(guān)器件選用日本富士公司IGBT6單元模塊，加上緩沖電路構成本系統三相逆變器，輸出采用隔離降壓變壓器，滿(mǎn)足不同輸出電壓的要求。

　　4軟件設計

　　軟件程序設計是整個(gè)逆變器控制的核心，它決定逆變器的輸出特性，如電壓、頻率范圍及穩定度、諧波含量、保護功能的完善，可靠性等。圖4為本系統的程序流程圖。

　　圖4 程序流程圖

　　主程序中，SA8282初始化命令和控制命令的參數計算及設置，主要用于確定頻率調節范圍、死區時(shí)間、輸出電壓幅值、中心頻率等。

　　軟起動(dòng)為系統開(kāi)機時(shí)輸出電壓由低逐漸升高的緩變過(guò)程。如圖5(a)所示。

　　電壓、頻率調整是將A/D轉換的數據經(jīng)計算處理后，去控制SA8282輸出的電壓、頻率。當外接負載達到額定負載120%時(shí)，系統延時(shí)一段時(shí)間后起動(dòng)過(guò)載保護程序，關(guān)斷SA8282，達到封閉IGBT的目的。

　　(a)電壓、時(shí)間曲線(xiàn)(b)頻率、電壓曲線(xiàn)

　　圖5 u(t)與f(u)曲線(xiàn)

　　5試驗結果及結語(yǔ)

　　經(jīng)測試靜止逆變器的主要技術(shù)指標為：

　　電壓穩定度1%;

　　頻率穩定度0.1%;

　　總諧波含量2%;

　　過(guò)載保護達到額定負載120%，延時(shí)5分鐘后關(guān)閉系統;

　　短路保護大于額定負載200%，立即關(guān)閉系統。

　　試驗表明：逆變器采用8031單片機及三相PWM集成電路SA8282后，控制電路大為簡(jiǎn)化、器件減少、結構緊湊，降低了成本，提高了可靠性。通過(guò)測試取得了比較理想的結果。相信SA828、838系列PWM波形產(chǎn)生器在變頻領(lǐng)域有著(zhù)較好的應用前景。