SA8282三相PWM發(fā)生器的原理與應(yīng)用

　　摘要：SA8282是英國MITEL公司推出的三相PWM發(fā)生器集成芯片。該芯片采用全數(shù)字化操作，工作方式靈活、頻率范圍寬、精度很高?并可與微處理器接口以實(shí)現(xiàn)智能化控制。文中介紹了該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、主要特點(diǎn)和工作原理，給出了典型的應(yīng)用電路。
　　關(guān)鍵詞：PWM發(fā)生器；SA8282；微處理器
　　
　�。保樱粒福玻福驳墓δ芴攸c(diǎn)
　　
　　ＰＷＭ控制技術(shù)是通過控制電路按一定規(guī)律來控制開關(guān)管的通斷,以得到一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形并使其逼近正弦電壓波形。其方法有模擬方法和數(shù)字方法兩種，其中模擬方法的電路比較復(fù)雜,且有溫漂現(xiàn)象，會(huì)影響精度,降低系統(tǒng)的性能。數(shù)字方法則是按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)并將其存入內(nèi)存,然后通過查表及必要的計(jì)算生成ＰＷＭ波，因此數(shù)字方法受內(nèi)存影響較大,且與系統(tǒng)精度之間存在著矛盾。ＳＡ８２８２是英國ＭＩＴＥＬ公司生產(chǎn)的全數(shù)字化三相ＰＷＭ發(fā)生器，它頻率范圍寬、精度高，并可與微處理器進(jìn)行接口,同時(shí)能夠完成外圍控制功能,因而可實(shí)現(xiàn)智能化。
　　
　�。樱粒福玻福膊捎茫玻改_ＤＩＰ封裝。圖１是其引腳排列圖，其各引腳的功能說明如下：
　　
　�。粒模啊�ＡＤ７：八位地址與數(shù)據(jù)復(fù)用總線，用于從微處理器接受地址與數(shù)據(jù)信息。
　　
　�。祝遥ǎ遥�Ｗ?、ＲＤ（ＤＳ）、ＡＬＥ（ＡＳ）：此三個(gè)引腳為Ｉｎｔｅｌ（ＭＯＴＯＲＯＬＡ）控制模式；ＳＡ８２８２在工作時(shí)可自動(dòng)適應(yīng)Ｉｎｔｅｌ或ＭＯＴＯＲＯＬＡ控制模式，當(dāng)ＡＬＥ（ＡＳ）管腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，ＳＡ８２８２內(nèi)部檢測(cè)電路將自動(dòng)鎖存ＲＤ（ＤＳ）線上的狀態(tài)，如果檢測(cè)結(jié)果為低電平，則采用ＭＯＴＯＲＯＬＡ控制模式；如果檢測(cè)結(jié)果為高電平，則采用Ｉｎｔｅｌ控制模式。
　　
　　ＲＳＴ：復(fù)位端，低電平有效；
　　
　�。茫樱浩�選輸入?該控制線可使ＳＡ８２８２與其它外圍接口芯片共享同一組總線。
　　
　�。遥校龋�、ＲＰＨＢ、ＹＰＨＴ、ＹＰＨＢ、ＢＰＨＴ、ＢＰＨＢ：標(biāo)準(zhǔn)ＴＴＬ電平輸出端口（即ＰＷＭ驅(qū)動(dòng)信號(hào)）?可分別驅(qū)動(dòng)三相逆變器的六個(gè)功率開關(guān)器件。
　　
　　ＴＲＩＰ：輸出封鎖狀態(tài)指示?用于表明輸出是否被鎖存，低電平有效。
　　
　�。樱牛裕裕遥桑校宏P(guān)斷觸發(fā)信號(hào)輸入端,當(dāng)輸入為高時(shí),ＴＲＩＰ及六個(gè)ＰＷＭ輸出端將被迅速鎖存在低電平狀態(tài),且只有在,ＲＳＴ復(fù)位時(shí)才能解除。
　　
　�。祝樱樱翰ㄐ尾蓸油�步端口；
　　
　　ＺＰＰＢ、ＺＰＰＹ、ＺＰＰＲ：分別是三相信號(hào)的零相位脈沖輸出端。
　　
　�。茫蹋耍簳r(shí)鐘信號(hào)輸入端。
　　
　�。郑模模海�５Ｖ偏置電源。
　　
　�。郑樱樱航拥囟�。
　　
　　此外，ＳＡ８２８２芯片還具有以下特點(diǎn)：
　　
　　(１)全數(shù)字化
　　
　�。樱粒福玻福才c微處理器相連時(shí)?可自動(dòng)適應(yīng)Ｉｎｔｅｌ和ＭＯＴＯＲＯＬＡ兩種總線接口?而且編程簡(jiǎn)捷方便。其全數(shù)字化的脈沖輸出具有很高的精度和穩(wěn)定性。
　　
　　(２)工作方式靈活
　　
　�。樱粒福玻福簿哂辛鶄�(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ＴＴＬ電平輸出端,可以驅(qū)動(dòng)逆變器的六個(gè)功率開關(guān)器件。電路的載波頻率、調(diào)制頻率、調(diào)制比、最小脈寬、死區(qū)時(shí)間等工作參數(shù)均可直接通過軟件設(shè)定,而不需要任何外接電路,從而降低了硬件成本。
　　
　　(３)工作頻率范圍寬、精度高
　　
　�。樱粒福玻福驳娜�角載波頻率可調(diào),當(dāng)時(shí)鐘頻率為１２．５ＭＨｚ時(shí),載波頻率最高可達(dá)２４ｋＨｚ,輸出調(diào)制頻率最高可達(dá)４ｋＨｚ,輸出頻率的分辨率為１２位。
　　
　�。补ぷ髟�理
　　
　　ＳＡ８２８２的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示。它主要包括初始化命令和控制命令寄存部分、從ＲＯＭ中讀取及產(chǎn)生ＰＷＭ調(diào)制波形部分以及三相輸出控制電路等三個(gè)功能部分。
　　
　　圖3
　　
　�。玻�１命令寄存部分
　　
　　該部分由總線控制、地址／數(shù)據(jù)總線、暫存器
　　
　　
　　
　�。遥啊�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(gòu)成。該部分在工作時(shí)?應(yīng)首先進(jìn)行初始化（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(tǒng)參數(shù)設(shè)置），然后由微處理器向兩個(gè)２４位寄存器輸入命令字，這兩個(gè)寄存器分別被稱為初始化寄存器和控制寄存器。由于總線的數(shù)據(jù)寬度被限制在８位字長(zhǎng)，因此要想把數(shù)據(jù)送到一個(gè)２４位寄存器，應(yīng)先分三次分別送到三個(gè)暫存寄存器Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２中。而數(shù)據(jù)由暫存寄存器Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２送到初始化寄存器或控制寄存器是通過虛擬寄存器Ｒ３、Ｒ４的送數(shù)寫指令來實(shí)現(xiàn)的，Ｒ３、Ｒ４實(shí)際上不存在，它們只在指令中出現(xiàn)。往Ｒ３送數(shù)的寫指令用于將數(shù)據(jù)從Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２傳送到控制寄存器，而往Ｒ４送數(shù)的寫指令則可將數(shù)據(jù)從Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２傳送到初始化寄存器。
　　
　�。玻�２讀取及產(chǎn)生ＰＷＭ調(diào)制波形部分
　　
　　該部分由地址發(fā)生器、波形Ｒ０Ｍ及相位和控制邏輯構(gòu)成。由于調(diào)制波形關(guān)于９０°、１８０°、２７０°對(duì)稱?所以波形ＲＯＭ中僅保存了０～９０°的波形瞬時(shí)值。工作時(shí)，ＳＡ８２８２可根據(jù)地址發(fā)生器的信號(hào)直接從波形ＲＯＭ中讀取波形數(shù)據(jù),然后通過相位控制邏輯將其組成０～３６０°的完整波形和三相波形,而不需要處理器進(jìn)行處理。
　　
　�。玻�３三相輸出控制電路
　　
　�。樱粒福玻福仓械拿肯噍敵隹刂齐娐肪�由脈沖取消和脈沖延時(shí)電路構(gòu)成。脈沖取消電路用于去掉脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖，以保證最小輸出脈沖寬度大于器件的開關(guān)周期。延時(shí)電路可保證死區(qū)間隔，其作用是在改變?nèi)我幌嘀袃蓚�(gè)開關(guān)器件的狀態(tài)時(shí)提供一個(gè)較短的延遲時(shí)間，以使這段時(shí)間里的兩個(gè)開關(guān)都處于關(guān)狀態(tài)，從而防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋臂開關(guān)元件出現(xiàn)共通（兩個(gè)開關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間造成直通短路）現(xiàn)象。
　　
　�。秤茫樱粒福玻福步M成的靜止逆變器
　　
　�。常�１硬件組成
　　
　　由ＳＡ８２８２組成的靜止逆變器的硬件結(jié)構(gòu)如圖３所示,該電路主要由以下幾個(gè)部分組成：
　　
　�。ǎ保┛刂齐娐�
　　
　　該逆變器的控制電路主要由ＭＣＳ－５１單片機(jī)最小系統(tǒng)、少量的外圍擴(kuò)展芯片和ＳＡ８２８２三相ＰＷＭ發(fā)生器構(gòu)成。單片機(jī)用于完成對(duì)ＳＡ８２８２的初始化和輸出脈寬控制、頻率控制,同時(shí)完成開環(huán)、閉環(huán)控制算法的運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的檢測(cè)以及保護(hù)功能的邏輯判斷等。由于ＳＡ８２８２和單片機(jī)共用一個(gè)石英晶體振蕩器,故同步性能穩(wěn)定,漂移小。
　　
　�。ǎ玻�驅(qū)動(dòng)電路
　　
　　驅(qū)動(dòng)電路由ＥＸＢ８４０構(gòu)成。ＳＡ８２８２輸出的ＰＷＭ信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊ＥＸＢ８４０可直接驅(qū)動(dòng)ＩＧＢＴ,且隔離性能好,抗干擾能力強(qiáng),同時(shí)具有過流檢測(cè)及電路關(guān)斷等功能。一旦ＥＸＢ８４０檢測(cè)到過流信號(hào),它將迅速向ＳＡ８２８２發(fā)出高電平保護(hù)信號(hào)?同時(shí)封鎖ＩＧＢＴ的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?并高速切斷電路，低速關(guān)斷ＩＧＢＴ。
　　
　�。ǎ常┲麟娐�
　　
　　本系統(tǒng)的主電路為ＡＣ－ＤＣ－ＡＣ逆變電路。輸入的三相交流電壓經(jīng)整流、濾波后將直流電壓供給逆變器。主開關(guān)器件用六單元ＩＧＢＴ模塊和緩沖電路來構(gòu)成三相逆變器。其輸出則采用隔離降壓變壓器,因此可滿足不同輸出電壓的要求。
　　
　�。常�２軟件設(shè)計(jì)
　　
　　軟件程序設(shè)計(jì)是整個(gè)逆變器控制的核心,它決定著逆變器的輸出特性,如電壓、頻率范圍、穩(wěn)定度、諧波含量、保護(hù)功能和可靠性等。圖４為本系統(tǒng)的程序流程框圖。
　　
　　在軟件的主程序中?ＳＡ８２８２初始化命令和控制命令的參數(shù)計(jì)算及設(shè)置主要用來確定頻率調(diào)節(jié)范圍、死區(qū)時(shí)間、輸出電壓幅值和中心頻率等。軟啟動(dòng)決定著系統(tǒng)開機(jī)時(shí)輸出電壓由低逐漸升高的緩變過程。電壓、頻率調(diào)整主要是將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)?經(jīng)計(jì)算處理后?去控制ＳＡ８２８２輸出的電壓和頻率。過載保護(hù)程序的作用是在外接負(fù)載達(dá)到額定負(fù)載的１２０％時(shí),能使系統(tǒng)在延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)閉ＳＡ８２８２，以達(dá)到關(guān)斷ＩＧＢＴ輸出的目的。短路保護(hù)程序可在外接負(fù)載大于額定負(fù)載２００％時(shí),立即關(guān)閉系統(tǒng)。
　　
　　由于本電路采用ＭＣＳ－５１單片機(jī)及三相ＰＷＭ集成電路ＳＡ８２８２來進(jìn)行設(shè)計(jì),因而其控制電路大為簡(jiǎn)化,器件減少，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)也進(jìn)一步降低了成本,提高了可靠性。
　　
　　
　　
　　
　　
　　

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