基于單片機(jī)與SPWM控制應(yīng)急電源逆變電路設(shè)計(jì)

　　1、三相SPWM波形發(fā)生器SA4828

　　1.1、SA4828的性能特點(diǎn)

　　SA4828是英國(guó)MITEL公司研制出的一種專(zhuān)用于三相SPWM信號(hào)發(fā)生和控制的集成電路芯片。具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單、無(wú)溫漂等優(yōu)點(diǎn)，主要用于逆變電源、變頻調(diào)速及應(yīng)急電源等工業(yè)領(lǐng)域。芯片的主要特性是：具有增強(qiáng)型微處理器接口，可與更多單片機(jī)兼容;可以單獨(dú)調(diào)整各相輸出，可以用于任意不平衡負(fù)載;內(nèi)置“看門(mén)狗”定時(shí)器進(jìn)行監(jiān)控，程序運(yùn)行安全可靠;提供了軟復(fù)位控制功能;調(diào)制波頻率采用16位，增加了頻率的分辨率，提高了逆變器輸出頻率的精度;片內(nèi)ROM提供三種可供選擇的波形，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合，其中能提供的純正弦波可用于靜止逆變電源和單相交流調(diào)速。

　　1.2、SA4828的工作原理

　　SA4828原理框圖如圖3所示。它接收并存儲(chǔ)微處理器初始化命令和控制命令，主要由總線控制、地址/數(shù)據(jù)總線、存儲(chǔ)器、控制寄存器組成，以控制字的形式實(shí)現(xiàn)。三相輸出控制電路的每相輸出控制電路由脈沖取消和脈沖延時(shí)電路構(gòu)成，脈沖取消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(qū)間隔，以防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋路開(kāi)關(guān)器件出現(xiàn)直通現(xiàn)象。

　　圖3 SA4828原理

　　三種不同波形的選擇通過(guò)傳輸給初始化寄存器和控制寄存器的命令來(lái)設(shè)置三種波形ROM.“看門(mén)狗”電路在接受單片機(jī)發(fā)出的命令時(shí)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，總線控制會(huì)發(fā)出復(fù)位“看門(mén)狗”信號(hào)，使“看門(mén)狗”延時(shí)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)。SA4828增設(shè)了8個(gè)寄存器單元以提高頻率精度及能獨(dú)立控制三相波形幅值。系統(tǒng)進(jìn)行初始化時(shí)，微處理器通過(guò)SA4828內(nèi)部的總線控制和譯碼電路向其初始化寄存器中寫(xiě)數(shù)據(jù)，完成載波頻率、調(diào)制頻率的范圍、脈沖延遲時(shí)間及計(jì)數(shù)器復(fù)位的設(shè)置。在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)地向控制寄存器中寫(xiě)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制波頻率、調(diào)制波幅值、正/反轉(zhuǎn)、過(guò)調(diào)制、輸出禁止等參數(shù)的刷新，使RPHT，RPHB，YPHT，YPHTB，BPHTB，BPHT6個(gè)引腳輸出的SPWM信號(hào)發(fā)生改變。

　　2、控制電路硬件設(shè)計(jì)

　　以SA4828與單片機(jī)C8051F020為核心構(gòu)成的控制器電路設(shè)計(jì)如圖4所示?？刂齐娐犯鶕?jù)給定的參數(shù)輸出三相SPWM信號(hào)給智能功率模塊IP-M，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率晶體管的通斷控制。C8051F020通過(guò)8位P0端口與SA4828的地址、數(shù)據(jù)管腳AD0～AD7相連，工作時(shí)，單片機(jī)首先對(duì)SA4828進(jìn)行初始化，定義載波頻率，電源頻率范圍、死區(qū)、最小脈沖取消時(shí)間等參數(shù)。然后向SA4828的控制寄存器傳送電源的頻率控制字和幅度控制字等參數(shù)。正常工作時(shí)，根據(jù)需要對(duì)SA4828的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的反饋與實(shí)時(shí)控制，以及調(diào)壓控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能，采用平均值反饋PI調(diào)節(jié)。輸出電壓經(jīng)隔離送入C8051F020單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口即P3.0口，轉(zhuǎn)換結(jié)果參與PI運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果即為SA4828幅度控制寄存器的控制字。從RPHT～BPHB的6個(gè)引腳輸出相應(yīng)頻率和電壓的SPWM控制信號(hào)，經(jīng)隔離電路后，分別控制智能功率模塊IPM的6個(gè)IGBT的導(dǎo)通與截止，最后在3個(gè)輸出端上產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的三相SPWM電壓。SA4828作為單片機(jī)的外設(shè)，與單片機(jī)并聯(lián)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程，只需將SPWM的初始化信息和控制信息寫(xiě)入SA4828的相關(guān)寄存器，即產(chǎn)生精確的全數(shù)字化的三相的SPWM波形。

　　圖4 SA4828的接口