基于SA8282的三相逆變電源設(shè)計(jì)

4.1控制電路

　　單片機(jī)AT89C51及少量的外圍擴(kuò)展接口和SA8282三相SPWM產(chǎn)生器構(gòu)成控制電路。單片機(jī)對(duì)SA8282進(jìn)行初始化和輸出脈寬控制、頻率控制，同時(shí)完成對(duì)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制算法的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的以及保護(hù)功能的邏輯判斷等，由于SA8282和AT89C51共用一個(gè)石英晶體震蕩器，故同步性能穩(wěn)定，漂移小。單片機(jī)對(duì)逆變器輸出電壓的閉環(huán)控制原理如圖3所示，單片機(jī)采用PI算法調(diào)節(jié)SA8282參數(shù)從而控制逆變電源輸出電壓。

4.2驅(qū)動(dòng)電路

　　采用具有自保護(hù)功能的IGBT厚膜驅(qū)動(dòng)集成電路HL402B，并配以外圍接口器件，可應(yīng)用于額定容量為200A/1.2kV和400A/600V的IGBT功率器件的直接門(mén)極驅(qū)動(dòng)。HL402B驅(qū)動(dòng)IGBT的外部接線如圖4所示。

　　HL402B的優(yōu)點(diǎn)是①自身具有降柵壓和軟關(guān)斷的雙重保護(hù)功能，其降柵壓延遲時(shí)間，軟關(guān)斷斜率均可通過(guò)外接電容器進(jìn)行整定；②能適應(yīng)不同飽和壓降的IGBT驅(qū)動(dòng)和保護(hù)，在軟關(guān)斷和降柵壓的同時(shí)能輸出報(bào)警信號(hào)；③其內(nèi)部有帶靜電屏蔽的光電藕合器，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)與輸入部分的隔離，顯著提高了其抗共模干擾的能力；④可對(duì)信號(hào)進(jìn)行脈沖功率放大，因逆變電路使用了6只IGBT，故需6只HL402B來(lái)驅(qū)動(dòng)。

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　由于系統(tǒng)采用了SA8282 SPWM產(chǎn)生器，編程工作量大大減少，系統(tǒng)程序如圖5所示，包括初始化程序、顯示程序、按鍵監(jiān)控程序、單周期工作測(cè)試、調(diào)壓U、調(diào)頻F、連續(xù)工作控制等模塊。在初始化程序中，單片機(jī)對(duì)SA8282選送控制字，用于確定頻率、死區(qū)時(shí)間、輸出電壓控制等。電壓、頻率的調(diào)整是把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理后，根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際值的差通過(guò)PI運(yùn)算控制SA8282輸出的電壓和頻率。顯示程序?qū)㈦妷?、電流、頻率的數(shù)值通過(guò)LED分別顯示出來(lái)。其中連續(xù)工作控制程序模塊包括數(shù)據(jù)采集、PI電壓控制運(yùn)算、頻率控制等子程序。電壓、頻率給定和實(shí)際電壓值通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理后，控制SA8282的輸出電壓SPWM脈寬和頻率，從而控制逆變器輸出電壓和輸出頻率。

6.系統(tǒng)保護(hù)及抗干擾措施

　　逆變電源系統(tǒng)的主電路及H橋保護(hù)通過(guò)電流和電壓互感器對(duì)逆變器輸出進(jìn)行監(jiān)測(cè)，HL402B對(duì)IGBT的過(guò)流過(guò)壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦主電路及H橋發(fā)生異常，關(guān)機(jī)信號(hào)直接通過(guò)SA8282的SETTRIP端關(guān)閉PWM輸出，單片機(jī)軟件保護(hù)程序采集硬件電路送來(lái)的保護(hù)信號(hào)，發(fā)出關(guān)機(jī)命令，同時(shí)顯示報(bào)警信號(hào)。軟件保護(hù)程序也可從根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷過(guò)流過(guò)壓并進(jìn)行保護(hù)控制。在控制程序中設(shè)置了Watchdog Timer防止單片機(jī)死機(jī)。特別是對(duì)單片機(jī)控制電路的供電電源采用高品質(zhì)進(jìn)線濾波器，可以有效地去除電源干擾。PCB板走線的合理趨向和分布，減少有害的耦合。對(duì)IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路采取Kelvin接地，保護(hù)H橋。

7.結(jié)束語(yǔ)

　　實(shí)驗(yàn)表明，利用單片計(jì)算機(jī)與SA8282三相脈寬調(diào)制波發(fā)生器的組合，大大簡(jiǎn)化了控制電路，減小了器件數(shù)量，縮小了體積，降低了成本，提高了載波頻率，使輸出波形為純正弦。由測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，電壓穩(wěn)定度小于1，頻率穩(wěn)定度為0.05，總諧波含量為1。其實(shí)驗(yàn)波形如圖6所示。若超負(fù)載達(dá)到200時(shí)，短路保護(hù)立即關(guān)閉電源，實(shí)施緊急保護(hù)，從而滿足了性能指標(biāo)的要求，采用厚膜驅(qū)動(dòng)電路，具有自保護(hù)功能，采用硬件和軟件雙重保護(hù)使系統(tǒng)主電路和IGBT逆變器的工作更加可靠。控制器采用閉環(huán)控制，提高了系統(tǒng)的輸出精度。

　　如果將逆變器作為變頻電源，用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，則只需改變對(duì)SA8282初始化控制字的設(shè)定，就能方便地改變輸出交流電的頻率和工作電壓，省去了大量的編程工作，還能做到實(shí)時(shí)控制。由于波形為純正弦波，減少諧波影響，提高工作效率。