基于SA868的超小型變頻器設計
研制的變頻調速器采用英國MITEL公司生產的變頻調速集成芯片SA868為控制核心,輸出調速所需的變頻、變壓的同步PWM波形,構成了驅動三相感應電動機的最簡便的變頻調速系統(tǒng),當輸入電壓過高,三相逆變輸出電流過大,該變頻器會立即關閉PWM波形輸出,可以保護功率級半導體器件。該調速器輸入為隨處可用的50Hz、220V交流,故特別適用于小功率及超小功率調速場合。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/177815.htm變頻器框圖及工作原理
由圖1可知,輸入的單向220VAC經整流濾波得到光滑的高壓直流,該直流作為輔助電源的原邊電壓和三相逆變器的輸入電壓。過壓、過流檢測單元,將時時檢查整流濾波電容兩端的電壓,及其直流回路的電流,將信號送入專用集成控制芯片,提供相應的安全保護。專用集成芯片是該變頻器的控制核心,采用英國MITEL公司SA868,該片功能強,外圍元件少,連接簡單,使用方便。根據(jù)SET1~SET4輸入的調速指令,輸出六路雙邊沿調制的PWM波形,該六路輸出經隔離,功放后推動三相逆變器,三相逆變器由內帶續(xù)流二極管的六單元IGBT模塊組成。從而大大減少了連線,縮小了體積,提高了可*性,而且安裝方便,調試容易。三相逆變器輸出可直接驅動三相小功率電機。
原理電路研制
根據(jù)上述最小系統(tǒng)框圖,設計、調試了每個單元具體電路,現(xiàn)分別簡述如下:
整流濾波及過壓、過流檢測電路
電路如圖2所示。
圖2中RT1為熱敏電阻,用來限制和降低啟動瞬間的沖擊電流。經D1~D4、C1整流濾波后的高壓直流直接送至6單元IGBT模塊的直流輸入端。C3電容盡可能*近IGBT模塊,以濾除直流母線上竄入的各種高頻干擾。過壓檢測信號,過流檢測信號與整流濾波的模擬地共同構成檢測單元輸出,該兩組輸出送至控制單元。
專用集成控制芯片
專用變頻調速控制集成芯片SA868為三相脈寬調制器。
引腳介紹如下:
:復位端,低電平有效,當其輸入為低時,完成下述功能:
● 所有PWM輸出置零;
● 所有內部計數(shù)器置零;
● 瞬時頻率置零,方向選擇位置1;
DIR:方向設置端,該位輸入為高,且內部信號允許時,為正方向旋轉;該位輸入為此時,反方向旋轉。
SET1~SET4:速度設置端,通過改變這四位數(shù)值可設置新的目標頻率;
VMONITOR:逆變器輸入電壓監(jiān)控端;
IMONITOR:逆變器輸入電流監(jiān)控端;
Raccel: 加速速率設置端,外接電阻電容;
Rdecel: 減速速率設置端,外接電阻電容;
XTAL1:時鐘輸入端;
XTAL2:時鐘輸出端;
UPPER OUTPUT:逆變橋臂高端輸出;
LOWER OUTPUT:逆變橋臂低端輸出;
SET TRIR:輸出關閉設置端,當其輸入為高時,經過3~4個主時鐘頻率周期的延時,仍為高,則PWM輸出信號被禁止,該機制狀態(tài)可通過清除。
:關閉狀態(tài)指示端,低電平有效,低電平指示已關閉PWM信號,該端可直接驅動LED;
芯片特點
專為民用產品設計的波形產生器,工作溫度為0℃~70℃;內設驅動器,或直接驅動光耦,實現(xiàn)隔離;載波頻率選擇可高達24KHz,實現(xiàn)無噪聲運行;調制頻率范圍寬:0~4000Hz;
由用戶定義的所有參數(shù),有廠家編程在ROM中;雙極性調制;最小脈寬,死區(qū)時間可選擇;加速時間、減速時間的選擇由外部電阻設置;有三種波形可供用戶選擇;SA868為24引腳,有雙列直插式和扁平小外形兩種封裝形式。
芯片連接方法
在超小型變頻器中,SA868具體連接如圖3所示。
圖3中,過流檢測信號經運算放大器358組成的同相放大器送入SA868的電流監(jiān)控端,假如發(fā)生過流,SA868會瞬時禁止PWM信號輸出,電壓檢測信號送入電壓監(jiān)控端。R7、R8、C5、C6分別確定加速振蕩器和減速振蕩器的頻率。通過改變R、C值,就可設置所需的加速和減速頻率。該片的時鐘由20MHz的晶振提供,為確保晶體正常工作,晶振兩引腳到數(shù)字地之間應接入10pF~68pF電容。運算放大器358B及其電阻、穩(wěn)壓管構成欠壓檢測電路,當工作電壓過低時,運放358B輸出高電平,使SET TRIP端置1,瞬時關斷PWM輸出,保護功率級免受損壞。速度設置及保護告警均通過P1插座輸入和輸出。
SA868六路輸出的隔離驅動電路完全相同,下面僅以其中一路為例,如圖4所示。從SA868的XTAL2端輸出的20MHz信號經2個74HC74組成的4分頻得到5MHz的方波輸出,該輸出接至74F126,從而使BC337、BC227構成的推挽式開關電路按5MHz頻率工作,即隔離變壓器T2也以5MHz高頻方式工作,該變壓器T2所加的電源電壓為PWM信號RPHT,因而將該控制信號通過高頻斬波傳送到T2副邊,副邊經過D6~D9全波整流,又恢復成原控制信號,加至 模塊的G、E之間,該驅動電路即實現(xiàn)了隔離,而且體積重量非常小。
結語
該超小型變頻器功能強,外圍電路簡單,可*性高,使用方便,容易構成超小型變頻調速系統(tǒng),當變頻器功率模塊足夠冷卻時,其輸出可達1KVA?!?/span>
參考文獻:
1. 侯振義等,交流逆變電路的脈寬調制器SA868[J].國外電子元器件,1998,NO.9
2. 丁道宏,電力電子技術[M]. 北京:航空工業(yè)出版社,1999.修訂版
3.Mitel公司網(wǎng)上資料,www.mitel.com
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