【正文】 形的一段 試驗中由 PIC 單片機的兩個 CCP 模塊產(chǎn)生兩路 SPWM 波 ,將這兩路 SPWM 波變換成 4 路后經(jīng)隔離驅(qū)動逆變系統(tǒng)的 IGBT。產(chǎn)生的兩路 SPWM 波形分別對應正弦波的正負半波 ,完整周期的兩路 SPWM 互補波形如圖 5 所示。 圖 5 兩路互補的 SPWM 波 試驗系統(tǒng)在直流電壓為 30V 時負載運行所得正弦波如圖 6 所示 ,可知周期為 ,滿足工頻要求。 圖 6 負載正弦波 試驗系統(tǒng)為 單相全橋逆變系統(tǒng) ,這種工作模式有明顯的倍頻效應。倍頻效應有利濾波 ,也可以降低器件的開關頻率 ,減小開關損耗。又因為本試驗系統(tǒng)采用面積等效法 ,相對于規(guī)則采樣法諧波抑制能力較強。諧波分析后可在低電壓時基本無偶次諧波 ,且所含奇次諧波幅值較小 ,能滿足 UPS 逆變系統(tǒng)對諧波的要求。 4 結語 本文介紹的基于 PIC 單片機的 SPWM 控制技術很好地把軟硬件技術結合在一起 ,針對規(guī)則采樣法諧波大的缺點 ,利用面積等效法較好地抑制了諧波。本文給出了具體的硬件試驗系統(tǒng)及軟件設計 ,分析試驗結果波形后表明此方法輸出諧波較小 ,在對輸出波形 質(zhì)量要求較高的 UPS 逆變系統(tǒng)中有較強的實用價值。如今 PIC 單片機應用越來越廣泛 ,電力電子技術發(fā)展越來越快速的階段 ,這種軟硬件結合的控制技術在其它很多應用領域也有較大的發(fā)展空間。 三相 SPWM 產(chǎn)生器 SA8282 在靜止逆變器中的應用 西南交通大學 許峻峰 郭世明 (成都 610031) 1 引言 隨著電力電子技術的不斷發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的不斷更新，脈寬調(diào)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(shù)字法。模擬電路較復雜，有溫漂現(xiàn)象，影響精度，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法按照不同的數(shù)學模型用計算機算 出各切換點，將其存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算產(chǎn)生 PWM 波，但數(shù)字法受內(nèi)存影響較大，不能保證系統(tǒng)的精度。 SA82 838 系列三相、單相 PWM 產(chǎn)生器可與微處理器連接，完成外圍控制功能，使系統(tǒng)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(tǒng)的檢測、保護、控制等。本文介紹了采用三相 PWM 產(chǎn)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(guī)模集成電路芯片內(nèi)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(shù)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(shù)字化的脈沖輸出有很高的精度和溫度穩(wěn)定性； ② 工作方式靈活 SA8282 有六個標準的 TTL 電平輸出，用來驅(qū)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(diào)制頻率、調(diào)制比、最小脈寬、死區(qū)時間等工作參數(shù)，無需任何外接電路，節(jié)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(diào)，當時鐘頻率為 時，則載波頻率最高可達 24kHz，輸出調(diào)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(shù)據(jù)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(qū)動信號。 TRIP 指示輸出封鎖狀態(tài)，低電平有效。 SETTRIP 為關斷觸發(fā)信號輸入 端。當輸入出現(xiàn)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(tài)，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(nèi)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(shù)據(jù)總線、暫存器 R0～ R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(xiàn)。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(tǒng)參數(shù)設置。 （ 2）從內(nèi)部 ROM 讀取及產(chǎn)生 PWM 調(diào)制波形 它由地址發(fā)生器、波形 ROM 及相位和控制邏輯所構成。由于調(diào)制波于 90176。 、 180176。 、 270176。 對稱，所以波形 ROM 中僅存 0～ 90176。 的波形瞬時值， SA8282 根據(jù)地址發(fā)生器的信號直接從波形 ROM 中讀取波形數(shù)據(jù)，然后通過相位控制邏輯，把它組成 0～ 360176。 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(qū)間隔，以防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋路開關器件出現(xiàn)直通現(xiàn)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(tǒng)及少量的擴展外圍芯片和 SA8282 三相 PWM 產(chǎn)生器構成本系統(tǒng)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(huán)、閉環(huán)控制算法的運算及數(shù)據(jù)處理，模擬信號與數(shù)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(wěn)定，漂移小。 圖 3 逆變器原理框圖 圖 4 程序流程圖 3 2 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路由 EXB840 構成。 SA8282 輸出 PWM 信號通過驅(qū)動模塊 EXB840 直接驅(qū)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(fā)出保護高電平，封鎖各路 IGBT 驅(qū)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(jīng)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(tǒng)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(wěn)定度、諧波含量、保護功能的完善，可靠性等。圖 4 為本系統(tǒng)的程序流程圖 。 主程序中， SA8282 初始化命令和控制命令的參數(shù)計算及設置，主要用于確定頻率調(diào)節(jié)范圍、死區(qū)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(tǒng)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(diào)整是將 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)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(tǒng)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(jīng)測試靜止逆變器的主要技術指標為： 電壓穩(wěn)定度 1％； 頻率穩(wěn)定度 ％； 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(tǒng)； 短路保護大于額定負載 200％，立即關閉系統(tǒng)。 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 SA82 838 系列 PWM 波形產(chǎn)生器在變頻領域有著較好的應用前景。 基于 PWM 的電壓調(diào)節(jié)技術 ０ 引言 廣告插播信息 維庫最新熱賣芯片： ICM7218CIJI REF01EZ TL431CDT SNJ5406J UA9638CP 2SK2158 BUV98AV S191 AD241JR 電力電子技術作為一門新興的高科技學科，起始于上世紀５０年代末硅整流器件的誕生。上世紀８０年代末期和９０年代初期，以ＭＯＳＦＥＴ和ＩＧＢＴ為代表的，集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件的出現(xiàn)，表明傳統(tǒng) 電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子技術時代。采用電力半導體器件構成的各種開關電路，按 一定的規(guī)律，實時的控制器件的工作，可以實現(xiàn)開關型電力變換和控制，已被廣泛地應用于高品質(zhì)交直流電源、電力系統(tǒng)、變頻調(diào)速、新能源發(fā)電及各種工業(yè)與民用電器等領域，成為現(xiàn)代高科技領域的支撐技術。當前電力電子技術的發(fā)展趨勢是高電壓大容量化、高頻化、主電路及保護控制電路模塊化、產(chǎn)品小型化、智能化和低成本化。大力加強電力電子技術的應用研究，對改造傳統(tǒng)設備、實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代和增加產(chǎn)品的科技含量、解決關系國民經(jīng)濟與安全的高新技術具有重大 的經(jīng)濟及戰(zhàn)略意義。 ＰＷＭ控制技術已逐漸成熟，通過其對半導體電力器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。這在全控型開關器件的逆變器中得到廣泛應用，已有各種單相（如ＳＧ３５２４），三相ＰＷＭ（如ＨＥＦ４７５２）和ＳＰＷＭ 集成芯片（如ＳＡ８２８）隨著電力電子技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，ＰＷＭ調(diào)壓技術得到了廣泛的應用，特別是以ＰＷＭ為基礎構成的變頻系 統(tǒng)，以結構簡單，運行可靠，節(jié)能效果顯著等突出優(yōu)點在生產(chǎn)、生活領域內(nèi)得到了廣泛應用。為此，本文結合高校《電力電子技術》課程的實踐環(huán)節(jié)，幫助學生掌握ＰＷＭ控制技術的應用，介紹ＰＷＭ調(diào)壓技術的一種實現(xiàn)方法。該方案采用集成脈寬調(diào)制電路芯片ＳＧ３５２４ 產(chǎn)生ＰＷＭ 波，通過驅(qū)動集成電路ＩＲ２１１０，驅(qū)動逆變橋?qū)崿F(xiàn)調(diào)壓。該電路結構緊湊、安全可靠、易于調(diào)試。 １ ＰＷＭ技術的多種實現(xiàn)方法 采樣控制理論中有一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。ＰＷＭ 控制技術就是以該結論為 理論基礎，到目前為止，已出現(xiàn)了多種ＰＷＭ控制技術。根據(jù)ＰＷＭ控制技術的特點，可以劃分為多種方法。 １．１ 等脈寬ＰＷＭ 法 ＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）早期是基于ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）控制技術實現(xiàn)的，其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓。等脈寬ＰＷＭ 法正是為了克服ＰＡＭ法的這個缺點發(fā)展而來的，是ＰＷＭ法中最為簡單的一種。它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為ＰＷＭ波，通過改變脈沖列的周期以調(diào)頻 ，該方法的優(yōu)點是簡化了電路結構，提高了輸入端的功 率因數(shù)，但同時也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。 １．２ ＳＰＷＭ法 ＳＰＷＭ（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ＰＷＭ）法是一種比較成熟的、使用較廣泛的ＰＷＭ法。前面提到的采樣控制理論中的一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。ＳＰＷＭ法就是以該結論為理論基礎，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，而與正弦波等效的ＰＷＭ 波形即ＳＰＷＭ 波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波 在相應區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值，調(diào)節(jié)逆變輸出電壓的頻率和幅值。該方法的實現(xiàn)有幾種方案。 １）等面積法實際上是ＳＰＷＭ 法原理的直接闡釋。用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機中，通過查表的方式生成ＰＷＭ信號控制開關器件的通斷，以達到預期的目的。由于此方法是以ＳＰＷＭ 控制的基本原理為出發(fā)點，可以準確地計算出各開關器件的通斷時刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實時控制的缺點。 ２）硬件調(diào) 制法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的ＰＷＭ波形。通常采用等腰三角波作為載波，當調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是ＳＰＷＭ 波形。其實現(xiàn)方法簡單，可以用模擬電路構成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點，在交點時刻對開關器件的通斷進行控制，就可以生成ＳＰＷＭ波。但是，這種模擬電路結構復雜，難以實現(xiàn)精確的控制。 ３）軟件生成法由于微機技術的發(fā)展使得用軟件生成ＳＰＷＭ 波形變得比較容易，因此， 軟件生成法也就應運而生。軟件生成法是用軟件來實現(xiàn)調(diào)制的方法，有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法。 （１）自然采樣法以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載波進行比較，在兩個波形的自然交點時刻控制開關器件的通斷，即自然采樣法。其優(yōu)點是所得ＳＰＷＭ波形最接近正弦波。但由于三角波與正弦波交點有任意性，脈沖中心在一個周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達式是一個超越方程，計算繁瑣，難以實時控制。 （２）規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法是一種應用較廣的工程實用方法。一般采用三角波作為載波。其原理就是用三角波對