三相SPWM產生器SA8282在靜止逆變器中的應用

1引言

隨著電力電子技術的不斷發展和電力電子產品的不斷更新，脈寬調制技術得到了越來越廣泛的應用。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模型用計算機算出各切換點，將其存入內存，然后通過查表及必要的計算產生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間去控制它，因而有能力進行整個系統的檢測、保護、控制等。本文介紹了采用三相PWM產生器SA8282來研制靜止逆變器。

2功能簡介

2?1功能特點

SA8282專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

①全數字化SA8282與微處理器的連接，適用Intel和Motorola兩種總線接口，編程簡潔、方便。全數字化的脈沖輸出有很高的精度和溫度穩定性；

②工作方式靈活SA8282有六個標準的TTL電平輸出，用來驅動逆變器的六個功率開關器件。直接通過軟件設定載波頻率、調制頻率、調制比、最小脈寬、死區時間等工作參數，無需任何外接電路，節約了硬件成本；

③工作頻率范圍寬精度高三角載波頻率可調，當時鐘頻率為12.5MHz時，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。

（2）管腳說明

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。

①與微處理器接口的標準總線AD0～AD7為8位地址與數據復用總線；

②控制總線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；

③輸出及控制RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB為標準的TTL電平輸出端，即PWM驅動信號。TRIP指示輸出封鎖狀態，低電平有效。SETTRIP為關斷觸發信號輸入端。當輸入出現高電平時，輸出腳TRIP及六個PWM輸出將被迅速地鎖存在低電平狀態，這種封鎖信號只有在RST信號作用下才能解除。

圖1SA8282管腳圖

圖2SA8282原理框圖

④電源UDD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部分：

（1）接受并存儲微處理器初始化命令和控制命令

主要有總線控制、地址/數據總線、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實現。在工作之前，先進行初始化，即從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸入控制字，進行系統參數設置。

（2）從內部ROM讀取及產生PWM調制波形

它由地址發生器、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，所以波形ROM中僅存0～90°的波形瞬時值，SA8282根據地址發生器的信號直接從波形ROM中讀取波形數據，然后通過相位控制邏輯，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電路構成。脈沖取消電路用來將脈沖寬度小于取消時間的脈沖去掉。延時電路保證死區間隔，以防止在轉換瞬間橋路開關器件出現直通現象。

3逆變器硬件電路

靜止逆變器的硬件結構如圖3所示，它主要有下列幾個部分組成。

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，同時完成開環、閉環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晶體振蕩器，故同步性能穩定，漂移小。

圖3逆變器原理框圖

圖4程序流程圖

3?2驅動電路

驅動電路由EXB840構成。SA8282輸出PWM信號通過驅動模塊EXB840直接驅動IGBT管，隔離性能好，抗干擾能力強，同時具有過流檢測及切斷電路等功能。一旦EXB840檢測到過流信號，則快速向SA8282發出保護高電平，封鎖各路IGBT驅動信號，高速切斷電路，關斷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整流、濾波后以直流電壓供給逆變器。主開關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，滿足不同輸出電壓的要求。

4軟件設計

軟件程序設計是整個逆變器控制的核心，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。

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、死區時間、輸出電壓幅值、中心頻率等。

圖5u(t)與f(u)曲線

(a)電壓、時間曲線(b)頻率、電壓曲線

軟起動為系統開機時輸出電壓由低逐漸升高的緩變過程。如圖5(a)所示。

電壓、頻率調整是將A/D轉換的數據經計算處理后，去控制SA8282輸出的電壓、頻率。當外接負載達到額定負載120％時，系統延時一段時間后起動過載保護程序，關斷SA8282，達到封閉IGBT的目的。

5試驗結果及結語

經測試靜止逆變器的主要技術指標為：

電壓穩定度1％；

頻率穩定度0.1％；

總諧波含量2％；

過載保護達到額定負載120％，延時5分鐘后關閉系統；

短路保護大于額定負載200％，立即關閉系統。

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