【導(dǎo)讀】術(shù)、電力電子技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)將成為三種最重要的技術(shù)。設(shè)備的電功率進(jìn)行變換和控制的一門技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)自20世紀(jì)50年代以來，經(jīng)歷了半。特別是80年代以來，由于電力電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，及其對(duì)工業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生。國工業(yè)文明的發(fā)展過程中所起的關(guān)鍵作用，可能僅次于計(jì)算機(jī)。預(yù)計(jì)在21世紀(jì)，電力。生更大的推動(dòng)作用。始電能，變換成電能質(zhì)量較高的、能滿足負(fù)載對(duì)電壓和頻率要求的交流電能。電網(wǎng)無功補(bǔ)償器等逆變器中的電能。為了高質(zhì)量和有效地使用電能，許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接使用交流電。其中，把直流電變成交流電的過程叫做逆變，完成逆變功能的電路稱為。這種能量的變換對(duì)節(jié)能、減小環(huán)境污染、改善工作條件、節(jié)省原材料、降低。成本和提高產(chǎn)量等方面均起著非常重要的作用。

　　

【正文】 24KHz；內(nèi)部 ROM 固化 3種可選波形；可選最小脈寬和延30 遲時(shí)間（死區(qū)）；可單獨(dú)調(diào)整各相輸出以適應(yīng)不平衡負(fù)載；看門狗定時(shí)器。 引腳功能 SA4828 采用 28 腳的 DIP 和 SOIC 封裝，其引腳如圖 310 所示，各引腳功能 如下： ①輸入類引腳說明 AD0~AD7 :地址或數(shù)據(jù)輸入通道。 SET TRIP:通過該引腳，可以快速關(guān)斷全部 SPWM 信號(hào)輸出，高電平有效。 RST ：硬件復(fù)位引腳，低電平有效，復(fù)位后，寄存器的 INH 、 CR 、 WTE 和 RST各位為 0。 CLK：時(shí)鐘輸入端， SA4828 既可以單獨(dú)外接時(shí)鐘，也可以與單片機(jī)共用時(shí)鐘。 MUX：用于總線選擇，當(dāng) MUX 高電平時(shí)，使用地址與數(shù)據(jù)共用的總線，這時(shí)，地址 /數(shù)據(jù)引腳 RS不用，當(dāng) MUX 低電平時(shí)，使用地址 /數(shù)據(jù)分開的總線，這時(shí)，地址鎖存引腳ALE 接低電平， RS引腳要與一條地址線相連，來區(qū)分輸入的字節(jié)是地址（低電平），還是數(shù)據(jù)（高電平），通常先地址后數(shù)據(jù)。 CS ：片選引腳 WR 、 RD 、 ALE：用于“ RDWR ”模式，分別接收寫、讀、地址鎖存指令。 RW、 AS、 DS：用于 RW 模式，分別接收讀 /寫、地址、數(shù)據(jù)指令。 ②輸出類引腳說明 RPHB、 YPHB、 BPHB：這些引腳通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的 R、 Y、 B相的下臂開關(guān)管。 RPHT、 YPHT、 BPHT：這些引腳通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的 R、 Y、 B 相的上臂 31 開關(guān)管。它們都是標(biāo)準(zhǔn) TTL 輸出，每一個(gè)輸出都有 12mA 的驅(qū)動(dòng)能力，本例中，由于 RPHB 和 RPHT 各要驅(qū)動(dòng)兩塊驅(qū)動(dòng)電路 EXB841，所以采用如圖 319 所示的接法。 TRIP ：該引腳輸出 一個(gè)封鎖狀態(tài)，當(dāng) SETTRIP 有效時(shí)， TRIP 為低電平，表示已被封鎖，它有 12mA 的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)一個(gè) LED 指示燈。 ZPPR：該引腳輸出調(diào)制波頻率。 WSS：該引腳輸出采樣波形。 SA4828 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 311 所示，來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)通過總線控制和譯碼進(jìn)入初始化寄存器，它們對(duì)相控邏輯電路進(jìn)行控制。外部時(shí)鐘輸入經(jīng)分頻器分成設(shè)定的頻率，并生成三角形載波，三角載波與所設(shè)定的片內(nèi) ROM 中的調(diào)制波形進(jìn)行比較，自動(dòng)生成 SPWM輸出脈沖，通過脈沖刪除 電路，刪去比較窄的脈沖，因?yàn)檫@樣的脈沖不起任何作用，只會(huì)增加開關(guān)管的損耗，通過脈沖延遲電路生成死區(qū)時(shí)間，保證任何橋臂上的兩個(gè)開關(guān)管不會(huì)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路，看門狗定時(shí)器用來防止程序跑飛，當(dāng)時(shí)間條件滿足時(shí)快速封鎖輸出。 圖 311SA4828 內(nèi)部原理圖 片內(nèi) ROM 存有三種可供選擇的波形，它們是純正弦波形，增強(qiáng)型波形和高效型波形，如圖 312 所示，每一種波形各 1536 個(gè)采樣值，增強(qiáng)型波形又稱三次諧波，它可以使輸出功率提高 20％，三相諧波互相抵消，防止電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，高效型波形又稱帶死區(qū)的三次諧波，它是進(jìn)一步優(yōu)化的 三次諧波，可以減小逆變開關(guān)管的損耗，提高功率利用率。 32 圖 312片內(nèi) ROM 存儲(chǔ)的三種波形 寄存器列陣包含 8個(gè) 8位寄存器 R0R5 和 R1 R15。其中 R0R5用來暫存來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能是初始化數(shù)據(jù)，或者是控制數(shù)據(jù)；而 R1 R15是兩個(gè)虛擬的寄存器，物理上不存在。當(dāng)向 R14 寫操作時(shí)，實(shí)際是將 R0R5中存放的 48 位數(shù)據(jù)送入初始化寄存器，當(dāng)向 R15 寫操作時(shí)，是將 R0R5 中存放的 48 位數(shù)據(jù)送入控制寄存器。各寄存器地址如表 1 所列。 表 1各寄存器地址 33 SA4828 與單片機(jī)的連接 SA4828 與單片機(jī)接口的原理圖如圖 313 所示，本系統(tǒng)中，我們選用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)。 AT89C51 屬于地址與數(shù)據(jù)總線復(fù)用類的單片機(jī)，因此， SA4828芯片的 MUX 引腳接高電平或者懸空不接。通過 AT89C51 的 P0口與 SA4828 的 AD口相連，提供 8 位數(shù)據(jù)和低 8 位地址， SA4828 芯片中的地址鎖存器可以鎖存來自 AT89C51 的低 8位地址，從而將 AD口輸入的地址與數(shù)據(jù)分開。 SA4828 的地址鎖存器由 AT89C51 的 ALE 信號(hào)控制。同時(shí)，連接的控制信號(hào)還有讀、寫信號(hào) RD 和 WR 。 SA4828 的片選信號(hào) CS 接地，這樣 SA4828 的 8 個(gè)寄存器的地址為： 寄存器 R0∽ R5的地址： 0000H∽ 0005H 虛擬寄存器 R1 R15 的地址： 000EH、 000FH SA4828的 SETTRIP引腳接反相器的輸出腳，使單片機(jī)能夠在異常情況下封鎖 SA4828的輸出， SA4828 的 TRIP 引腳接一只發(fā)光二極管，當(dāng) SA4828 的輸出被 封鎖時(shí)，發(fā)光二極管亮，用來封鎖狀態(tài)。由于本系統(tǒng)采用了單相電壓型逆變電路，所以 SA4828 的輸出引腳我們只用 RPHT 和 RPHB，它們分別通過四個(gè) EXB841 驅(qū)動(dòng)電路， RPHT 驅(qū)動(dòng)逆變橋的 4號(hào) IGBT，而 RPHB 驅(qū)動(dòng) 3號(hào) IGBT。 SA4828 的編程 1．初始化編程 初始化是用來設(shè)定與電機(jī)和逆變器有關(guān)的基本參數(shù)，它包括載波頻率設(shè)定、調(diào)制波34 頻率范圍設(shè)定、脈沖延遲時(shí)間設(shè)定、最小刪除脈寬設(shè)定、調(diào)制波形設(shè)定、看門狗時(shí)間常數(shù)設(shè)定。在初始化編程時(shí)， R0R5各寄存器內(nèi)容見表 2。下面分別介紹這些內(nèi)容的設(shè)定 : (1)載波頻率設(shè)定 載波頻率（即三角波頻率）越高越好，但頻率越高損耗會(huì)越大，另外，還受開關(guān)管最高頻率限制，因此要合理設(shè)定，設(shè)定字由 CFS0CFS2 這三位組成，載波頻率 fCARR通過下式求出 : c lkC A R R n1ff 5 1 2 2 ?? ? 式中， fclk 為時(shí)鐘頻率， n值的二進(jìn)制數(shù)即為載波頻率設(shè)定字。 本系統(tǒng)中， fclk 為 6MHz，載波頻率 fcarr 取 ，可求得 n=0，所以 CFS 為 000 (2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定 調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字是由 FRS0FRS2 這三位組成，調(diào)制波頻率 frange 通過下式求得： mcarrrange f2f 384?? m 值的二進(jìn)制數(shù)即為調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字。 本系統(tǒng)中，調(diào)制波頻率范圍 frange=122Hz，可求得 m＝ 3，所以 FRS 為 011 (3)脈沖延遲時(shí)間設(shè)定 該設(shè)定字是由 PDY0PDY5 這 6 位組成。脈沖延遲時(shí)間 tpdy 通過下式求得： pdy carr63 pdyt f 512?? ? 35 PDY 的二進(jìn)制數(shù)即是脈沖延遲時(shí)間設(shè)定字。 本系統(tǒng)中， tpdy=6us， fcarr=，所以 PDY 等于 46，于是 R2 為 2EH。 (4)最小刪除脈寬設(shè)定 最 小刪除脈寬設(shè)定字是由 PDT0PDT6 這 7位組成，最小刪除脈寬 tpdt 由下式求得，PDT 的二進(jìn)制即是最小刪除脈寬設(shè)定字。 pdt carr127 ptdt f 512?? ? 考慮到延遲（死區(qū)）的因素，在延遲時(shí)，通常的做法是在保持原頻率不變的基礎(chǔ)上，使開關(guān)管延遲導(dǎo)通，實(shí)際輸出的脈寬 =延遲前的脈寬－延遲時(shí)間，由結(jié)構(gòu)圖 311 可知，SA4828 的工作順序是先刪除最窄脈沖，然后再延遲，所以上式給出的 tpdt 應(yīng)是延遲前的最小刪除脈寬，它等于實(shí)際輸出的最小脈寬加上延遲時(shí)間，即 tpdt=實(shí)際輸出的最小脈寬＋ tpdy。 本 系統(tǒng)中，實(shí)際輸出最小脈寬為 2us，則 tpdt=6us+2us=8us，計(jì)算得 PDT＝ 103＝67H，所以 R1為 67H。 (5)調(diào)制波形的選擇 波形選擇字由 WS0、 WS1這 2位組成， WS WS0 為 0、 0時(shí)，輸出的是純正弦波，WS WS0 為 0、 1時(shí)，輸出的是增強(qiáng)型波， WS WS0 為 0時(shí)，輸出的是高效型波。 純正弦波可用于靜態(tài)逆變電源， UPS 電源和單相交流電機(jī)調(diào)速，增強(qiáng)型和高效型可用于三相交流調(diào)速，本系統(tǒng)中， WS WS0 為 0、 0，即輸出為純正弦波。 (6)幅值控制 AC 是幅值控制位，當(dāng) AC=0 時(shí)，控制 寄存器中的 R相的幅值就是其他兩相的幅值；當(dāng) AC=1 時(shí)，控制寄存器中的 R、 Y、 B相分別可以調(diào)整各自的幅值，以適應(yīng)不平衡負(fù)載。本系統(tǒng)中我們只使用一相控制信號(hào)，所以 AC＝ 0，即 R3為 00H。 (7)看門狗時(shí)間常數(shù)設(shè)定 時(shí)間常數(shù)由 WD0WD15 這 16位組成，根據(jù)下式 TI Mclkn 1024t f?? 計(jì)算出 nTIM 值，它的二進(jìn)制即為時(shí)間常數(shù)。當(dāng)每次向控制寄存器寫數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)用這個(gè)常數(shù)重置看門狗，即叫醒一次，如果單片機(jī)失去控制，在指定時(shí)間內(nèi)沒有叫醒看門狗，36 則看門狗會(huì)立即封鎖輸出。本系統(tǒng)中，不用該功能 ，所以我們可設(shè)定 R R5 值為 0。 綜上所述，各初始化寄存器的編程值為： R0＝ 60H， R1＝ 67H， R2＝ 2EH， R3＝ 00H，R4＝ R5＝ 00H。 初始化寄存器通常在程序初始化時(shí)定義，在電源工作期間不應(yīng)該改變它們，如果一定要修改，可先復(fù)位 SA4828 或用控制寄存器中的 INH 位來關(guān)斷 SPWM 輸出，然后再進(jìn)行修改。 控制寄存器的作用包括調(diào)制波頻率選擇、調(diào)制波幅值選擇、正反轉(zhuǎn)選擇、輸出禁止位控制、計(jì)數(shù)器復(fù)位控制、看門狗選擇、軟復(fù)位控制、控制數(shù)據(jù)仍然是通過 R0∽ R5寄存器輸入并暫存，當(dāng)向 R15 虛擬寄存器寫操作時(shí)，這些數(shù)據(jù)送入控制寄存器。 R0∽ R5 各寄存器內(nèi)容如表 3 所示。 (1)調(diào)制波頻率選擇 調(diào)制波頻率選擇字由 PFS0∽ PFS15 這 16 位組成，通過下式 ra n g ep o w e r ff P F S65536?? 求得 PFS 值，它的二進(jìn)制數(shù)即是調(diào)制波頻率選擇字，本系統(tǒng)中， fpower=50Hz，frange=122Hz，所以計(jì)算得 PFS＝ 26859＝ 68EBH，于是 R0 為 0EBH， R1 為 68H。 (2)調(diào)制波幅值選擇 通過改變調(diào)制波幅值來改變輸出電壓有效值，達(dá)到改變輸出電壓的目的。調(diào)制波幅值是借助于 8位幅值選擇字（ RAMP、 YAMP、 BAMP）來實(shí)現(xiàn)的，每一相都可以通過計(jì)算下式 p o w e r AA 1 0 0255?? 求出 A 值，它的二進(jìn)制數(shù)即為幅值選擇字（即 RAMP 或 YAMP 或 BAMP）。式中的 Apower37 就是調(diào)壓比。 (3)正反轉(zhuǎn)選擇 正反轉(zhuǎn)選擇位 F/R 控制三相 PWM 輸出的相序。 FR 0? 時(shí)正轉(zhuǎn)，相序是 RYB，F(xiàn)R 1? 時(shí)反轉(zhuǎn)，相序?yàn)?BYR。正反轉(zhuǎn)期間輸出波形連續(xù)，本系統(tǒng)中，我們選擇 FR 0? ，即正轉(zhuǎn)。 (4)輸出禁止位控制 輸出禁止位 INH ，當(dāng) INH 0? 時(shí)，關(guān)斷所有 SPWM 信號(hào)輸出。本系統(tǒng)中我們置 INH為 1，開通所有的 SPWM 信號(hào)輸出。 (5)計(jì)數(shù)器復(fù)位控制 計(jì)數(shù)器復(fù)位位 CR ， CR 0? 時(shí)，使內(nèi)部的相計(jì)數(shù)器置為 0（ R 相），失去了正常的頻率控制，輸出固定占空比 ()的 PWM 波，本系統(tǒng)中，我們置該位為 1 (6)看門狗選擇 看門狗選擇位 WTE，當(dāng) WTE＝ 1時(shí)，使用看門狗功能。本系統(tǒng)中我們置該位為 0，即不使用看門狗功能。 (7)軟復(fù)位控制 RST 是軟復(fù)位位，它與硬復(fù)位 /RST 有相同的功能，高電平有效。本系統(tǒng)中我們置該位為 0，即不使用軟復(fù)位功能。 綜上所述，各控制寄存器編程值為： R0＝ 0EBH， R1＝ 68H， R2＝ 06H， R＝ R5＝ 00H，R3 則根據(jù)系統(tǒng)控制程序來設(shè)定。附錄一是該片的編程例子程序。 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 EXB841 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的要求 驅(qū)動(dòng)電路 的要求與 IGBT 的特性密切相關(guān)，設(shè)計(jì)門極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)特別注意開通特性、負(fù)載短路能力和 dUce/dt 引起的誤觸發(fā)等問題。正偏置電壓 GEU 增加，通態(tài)電壓下降，開通能耗 Eon 也下降，分別如圖 314所示。由圖中還可看出，若＋ GEU 固定不變時(shí)，導(dǎo)通電壓將隨集電極電流增大而增高，開通損耗將隨結(jié)溫而升高。 38 負(fù)偏電壓－ GEU 直接影響 IGBT 的可靠運(yùn)行，負(fù)偏電壓增高時(shí)漏極浪涌電流明顯下降，對(duì)關(guān) 斷能耗無顯著影響，－ GEU 與集電極浪涌電流和關(guān)斷能耗 OffE 的關(guān)系分別如圖 315 所示。 門極電阻 GR 增加，將使 IGBT 的開通與關(guān)斷時(shí)間增加；因而使開通與關(guān)斷能耗均增加。而門極電阻減小，則又使 di/dt 增大，可能引發(fā) IGBT 誤導(dǎo)通，同時(shí) 39 RG 上的損耗也有所增加。具體關(guān)系如圖 316 所示。由上述不難得知： IGBT 的特性隨門極驅(qū)動(dòng)條件的變化而 變化，就像 GTR 的開關(guān)特性和安全工作區(qū)隨基極驅(qū)動(dòng)變化而變化一樣，但是 IGBT 所有特性不能同時(shí)最佳化。 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求可歸納如下： ① IGBT 是電壓驅(qū)動(dòng)，具有一個(gè) ∽ 的閾值電壓，有一個(gè)容性輸入阻抗，因此 IGBT 對(duì)柵極電荷集聚較敏感，故驅(qū)動(dòng)電路必須很可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路，即驅(qū)動(dòng)電路與 IGBT 的連線要盡量短。 ②用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容充放電，以保證柵極