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高精度三相PWM波形產(chǎn)生器SA4828在逆變器中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2006-05-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:SA4828是Mitel公司生產(chǎn)的三相PWM波開產(chǎn)生器,它可提供高質(zhì)量,全數(shù)字的三相脈寬調(diào)制波形,而且編程簡(jiǎn)單方便,修改靈活,文中介紹SA4828的原理及其應(yīng)用在逆變器中的軟、硬件設(shè)計(jì)方法。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/233502.htm

關(guān)鍵詞:脈寬調(diào)制(PWM) 控制 逆變 SA4828

1 引言

脈寬調(diào)制(PWM)控制技術(shù)在逆變電路中得到廣泛的應(yīng)用,其波形產(chǎn)生方法有兩種:一是模擬方法,二是數(shù)字方法。模擬方法電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有溫漂現(xiàn)象,難以實(shí)現(xiàn)精確控制。數(shù)字方法則克服了上述缺點(diǎn)。MITEL公司生產(chǎn)的SA系統(tǒng)PWM波形產(chǎn)生器具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),其中SA4828是主要用于變頻調(diào)速、逆變電源及UPS等工業(yè)領(lǐng)域的高精度PWM波形產(chǎn)生器。

2 SA4828的主要特點(diǎn)及控制方法

2.1 SA4828的主要特點(diǎn)

和Mitel公司的先前產(chǎn)品SA828相比,SA4828主要具有以下特點(diǎn):

● 具有增強(qiáng)型微處理器接口,可與更多的單片機(jī)兼容;

● 將調(diào)制波頻率的分辨率提高到16位。

● 由于采用了可由用戶選擇的三相幅值獨(dú)立控制方式,因而使得了三相逆變器可用于任意不對(duì)稱負(fù)載;

● 有三種可供選擇的波形,適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合;

● 可提供軟件復(fù)位功能;

● 內(nèi)置“看門狗定時(shí)器以加強(qiáng)監(jiān)控,從而提高了可靠性。

2.2 SA4828芯片的控制方法

對(duì)SA4828的控制是通過微處理器接口將數(shù)據(jù)送入芯片和兩個(gè)寄存器(初始化寄存器和控制寄存器)來實(shí)現(xiàn)的。初始化寄存器用于設(shè)定與逆變器有關(guān)的一些基本參數(shù),這些參數(shù)在PWM輸出端允許輸出前初始化,逆變器工作以后不允許改變。

控制寄存器在工作過程中控制輸出脈寬調(diào)制波的狀態(tài),從而進(jìn)一步控制逆變器的運(yùn)行狀態(tài)。通常在工作該寄存器內(nèi)容常被改寫以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

參數(shù)是通過8個(gè)暫存器R0、R2、R3、R4R、5R、R14、R15來傳送的,初始化參數(shù)先被寫入R0、R2……R5,然后通過對(duì)R14的寫操作將參數(shù)送入初始化寄存器,最后再將控制參數(shù)寫入R0、R1……R5,并通過對(duì)R15的寫操作將參數(shù)送入控制寄存器。各控制寄存器的地址如表1所列。

表1 SA4828的寄存器地址

名 稱 地址 功 能
R0 0000 暫存器
R1 0001 暫存器
R2 0010 暫存器
R3 0011 暫存器
R4 0100 暫存器
R5 0101 暫存器
R14 1110 傳送初始化參數(shù)
R15 1111 傳送控制參數(shù)

3 參數(shù)設(shè)置

3.1 初始化參數(shù)的設(shè)置

表2為初始化參數(shù)在各個(gè)寄存器中的空間分配表?,F(xiàn)將各參數(shù)作一說明。

表2 初始化參數(shù)空間分配表

  7 6 5 4 3 2 1 0
R0 FRS2 FRS1 RF0   CFS2CFS1CFS0
R1×PDT6PDT5PDT4PDT3PDT2PDT1PDT0
R2××PDY5PDY4PDY3PDY2PDY1PDY0
R3××AC00×WS1WS0
R4WD15WD13WD13WD11WD11WD10WD9WD8
R5WD7WD5WD5WD4WD3WD2WD1WD0

a. 載波頻率(CFS)

載波頻率fcarr的值由下式給出:

fcarr=fclk/(512×2 n+1)

式中;fclk是輸入的時(shí)鐘頻率。N的值為對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制CFS值的十進(jìn)制自然數(shù)0~7。

b. 電源頻率范圍(FRS)

電源頻率范圍frange的值由下式給出:

frange=2 mfcarr/384 式中:m的值為與二進(jìn)制的FRS值對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制自然數(shù)0~6。

c. 脈沖延遲時(shí)間(PDY)

脈沖延遲時(shí)間tpdy的值由下式給出:

tpdy=(63-k)/512fcarr

式中,k的值為與二進(jìn)制的PDY值對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制自然數(shù)0~63。

d. 脈沖取消時(shí)間(PDT)

脈沖取消時(shí)間tpd由下式給出:

tpd=(127-L)/512fcarr

式中,L的值為與二進(jìn)制的PDT值對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制自然數(shù)0~127。

e. 波形選擇(WS)

輸出波形選擇控制字如表3所列。

表3 波形選擇表

WS1 WD0 波 形
0 0 Sinusold純正弦形
0 1 Triplen三次諧波疊加
1 0 Deadbanded(減少開關(guān)損耗)
1 1 為用戶預(yù)留

f. 幅值控制(AC)

當(dāng)AC=0時(shí),三相幅值均由R相幅值暫存器R3控制。而B相幅值暫存器R4和Y相幅值暫存器R5內(nèi)容無效。

當(dāng)AC=1時(shí),三個(gè)幅值暫存器獨(dú)立控制各自的幅值,該方式適用于三相不平衡負(fù)載。

g. 看門狗定時(shí)器的時(shí)間設(shè)置(WD)

看門狗定時(shí)器的時(shí)間twd由下式給出:

twd=1024TIM/fclk

式中,fclk是輸入的時(shí)鐘頻率,TIM是16位二進(jìn)制數(shù)WD(WD15、WD14……WD0)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

如果在twd時(shí)間內(nèi)未對(duì)定時(shí)器中的數(shù)據(jù)更新(表明程序執(zhí)行不正常),則定時(shí)器溢出,系統(tǒng)關(guān)斷PWM輸出。

3.2 控制參數(shù)的設(shè)置

各控制參數(shù)在暫存器R0……R5的空間分配如表4所列。其參數(shù)說明如下:

表4 控制參數(shù)空間分配表

  7 6 5 4 3 2 1 0
R0 PFS7 PFS6 PFS5 PFS4 PFS3 PFS2 PFS1 PFS0
R1 PFS15 PFS14 PFS13 PFS12 PFS11 PFS10 PFS9 PFS9
R2 RST × × × WTE CR INH F/B
R3 RAMP7 RAMP6 RAMP5 RAMP4 RAMP3 RAMP2 RAMP1 RAMP0
R4 BAMP7 BAMP6 BAMP5 BAMP4 BAMP3 BAMP2 BAMP1 BAMP0
R5 YAMP7 YAMP6 YAMP5 YAMP4 YAMP3 YAMP2 YAMP1 YAMP0

a. 電源頻率(PFS)

電源頻率fpower的值由下式給出:

fpower=frange×PFS/65535

式中,frange為電源頻率范圍。PFS是16位與二進(jìn)制(PFS15、PFS0)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的值。

b. 電源幅值(RAMP、YAMP、BAMP)

各項(xiàng)幅值的百分比計(jì)算公式如下:

Apower=A×100%/255

式中,A是8位幅值選擇字(AMP7、AMP6……AMP0)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制的值。

c. 相序選擇(F/R)

三相PWM輸出的相序受控于正/反轉(zhuǎn)選擇位F/R,該位為0時(shí),相序?yàn)榧t→黃→藍(lán);反之,相序?yàn)樗{(lán)→黃→紅。

d. 輸出禁止位(INH)

該位有效時(shí)(為“0),所有的PWM輸出變?yōu)榈碗娖?,但不影響其它操作。一旦設(shè)置無效,輸出立即恢復(fù)。

e. 計(jì)數(shù)器復(fù)位(CR)

當(dāng)計(jì)數(shù)器復(fù)位位(CR)為“0時(shí),紅相相位計(jì)數(shù)器設(shè)置為“0”。

f. 軟件復(fù)位(RST)

當(dāng)該位有效時(shí)(為“1”),芯片復(fù)原為初始時(shí)的默認(rèn)狀態(tài),它的效果與硬件復(fù)位腳相同

g.看門狗定時(shí)器選擇(WTE)

當(dāng)該位有效時(shí)(為“1”),看門狗定時(shí)器被啟用;反之,看門狗定時(shí)器被禁止。

4 系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)硬件連接方案

SA4828用在逆變器上的連接電路如圖1所示。圖中,AC交流信號(hào)經(jīng)整流、逆變、隔離(對(duì)于UPS和逆變器而言,若用于變頻調(diào)速,則不需要隔離電路)后輸出,在控制電路中,單片機(jī)不但用來完成對(duì)SA4828的初始化、輸出脈寬和頻率的控制,還要處理采樣數(shù)據(jù)以形成閉環(huán)控制,完成對(duì)保護(hù)信號(hào)的邏輯檢測(cè)。由于51系統(tǒng)單片機(jī)都是地址、數(shù)據(jù)復(fù)用總線模式,故將MUX、RS引線連到高電平。SETTRIP用來快速關(guān)斷PWM輸出,當(dāng)其有效時(shí),TRIP端輸出高電平,指示燈亮。

4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)逆變控制的核心,它決定著逆變器的輸出特性。圖2給出了本系統(tǒng)的程序流程圖。

從程序流程圖中可看出:?jiǎn)纹瑱C(jī)先將SA4828復(fù)位,在向其傳送初始化參數(shù)和控制參數(shù)之后SA4828即可輸出PWM波形,逆變器隨后將處于工作狀態(tài),這時(shí)單片機(jī)應(yīng)不斷查詢輸出狀態(tài),以便隨時(shí)調(diào)速PWM輸出特性,以滿足系統(tǒng)要求;只要系統(tǒng)工作正常,看門狗定時(shí)器就不斷被更新,以防止其溢出而中斷PWM輸出。

5 結(jié)論

SA4828可以提供高質(zhì)量、全數(shù)字化的三相脈寬調(diào)制波形,并能實(shí)現(xiàn)精確控制,以構(gòu)成性能優(yōu)異的逆變系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,控制電路使用器件少,因而可降低成本、提高可靠性。另外,芯片提供的SETTRIP端在異常情況下可越過CPU的控制而直接關(guān)斷PWM輸出,因而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。

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