基于SA868設(shè)計(jì)的超小型變頻器技術(shù)
研制的變頻調(diào)速器采用英國(guó)MITEL公司生產(chǎn)的變頻調(diào)速集成芯片SA868為控制核心,輸出調(diào)速所需的變頻、變壓的同步PWM波形,構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最簡(jiǎn)便的變頻調(diào)速系統(tǒng),當(dāng)輸入電壓過高,三相逆變輸出電流過大,該變頻器會(huì)立即關(guān)閉PWM波形輸出,可以保護(hù)功率級(jí)半導(dǎo)體器件。該調(diào)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(diào)速場(chǎng)合。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/180802.htm變頻器框圖及工作原理
由圖1可知,輸入的單向220VAC經(jīng)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(cè)單元,將時(shí)時(shí)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(hào)送入專用集成控制芯片,提供相應(yīng)的安全保護(hù)。專用集成芯片是該變頻器的控制核心,采用英國(guó)MITEL公司SA868,該片功能強(qiáng),外圍元件少,連接簡(jiǎn)單,使用方便。根據(jù)SET1~SET4輸入的調(diào)速指令,輸出六路雙邊沿調(diào)制的PWM波形,該六路輸出經(jīng)隔離,功放后推動(dòng)三相逆變器,三相逆變器由內(nèi)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(diào)試容易。三相逆變器輸出可直接驅(qū)動(dòng)三相小功率電機(jī)。
原理電路研制
根據(jù)上述最小系統(tǒng)框圖,設(shè)計(jì)、調(diào)試了每個(gè)單元具體電路,現(xiàn)分別簡(jiǎn)述如下:
整流濾波及過壓、過流檢測(cè)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(dòng)瞬間的沖擊電流。經(jīng)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(cè)信號(hào),過流檢測(cè)信號(hào)與整流濾波的模擬地共同構(gòu)成檢測(cè)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(diào)速控制集成芯片SA868為三相脈寬調(diào)制器。
引腳介紹如下:
:復(fù)位端,低電平有效,當(dāng)其輸入為低時(shí),完成下述功能:
● 所有PWM輸出置零;
● 所有內(nèi)部計(jì)數(shù)器置零;
● 瞬時(shí)頻率置零,方向選擇位置1;
DIR:方向設(shè)置端,該位輸入為高,且內(nèi)部信號(hào)允許時(shí),為正方向旋轉(zhuǎn);該位輸入為此時(shí),反方向旋轉(zhuǎn)。
SET1~SET4:速度設(shè)置端,通過改變這四位數(shù)值可設(shè)置新的目標(biāo)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(shè)置端,外接電阻電容;
Rdecel: 減速速率設(shè)置端,外接電阻電容;
XTAL1:時(shí)鐘輸入端;
XTAL2:時(shí)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(guān)閉設(shè)置端,當(dāng)其輸入為高時(shí),經(jīng)過3~4個(gè)主時(shí)鐘頻率周期的延時(shí),仍為高,則PWM輸出信號(hào)被禁止,該機(jī)制狀態(tài)可通過清除。
:關(guān)閉狀態(tài)指示端,低電平有效,低電平指示已關(guān)閉PWM信號(hào),該端可直接驅(qū)動(dòng)LED;
芯片特點(diǎn)
專為民用產(chǎn)品設(shè)計(jì)的波形產(chǎn)生器,工作溫度為0℃~70℃;內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)器,或直接驅(qū)動(dòng)光耦,實(shí)現(xiàn)隔離;載波頻率選擇可高達(dá)24KHz,實(shí)現(xiàn)無噪聲運(yùn)行;調(diào)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(diào)制;最小脈寬,死區(qū)時(shí)間可選擇;加速時(shí)間、減速時(shí)間的選擇由外部電阻設(shè)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(cè)信號(hào)經(jīng)運(yùn)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(huì)瞬時(shí)禁止PWM信號(hào)輸出,電壓檢測(cè)信號(hào)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(shè)置所需的加速和減速頻率。該片的時(shí)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(yīng)接入10pF~68pF電容。運(yùn)算放大器358B及其電阻、穩(wěn)壓管構(gòu)成欠壓檢測(cè)電路,當(dāng)工作電壓過低時(shí),運(yùn)放358B輸出高電平,使SET TRIP端置1,瞬時(shí)關(guān)斷PWM輸出,保護(hù)功率級(jí)免受損壞。速度設(shè)置及保護(hù)告警均通過P1插座輸入和輸出。
SA868六路輸出的隔離驅(qū)動(dòng)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(hào)經(jīng)2個(gè)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(gòu)成的推挽式開關(guān)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(hào)RPHT,因而將該控制信號(hào)通過高頻斬波傳送到T2副邊,副邊經(jīng)過D6~D9全波整流,又恢復(fù)成原控制信號(hào),加至 模塊的G、E之間,該驅(qū)動(dòng)電路即實(shí)現(xiàn)了隔離,而且體積重量非常小。
結(jié)語
該超小型變頻器功能強(qiáng),外圍電路簡(jiǎn)單,可*性高,使用方便,容易構(gòu)成超小型變頻調(diào)速系統(tǒng),當(dāng)變頻器功率模塊足夠冷卻時(shí),其輸出可達(dá)1KVA?!?/p>
參考文獻(xiàn):
1. 侯振義等,交流逆變電路的脈寬調(diào)制器SA868[J].國(guó)外電子元器件,1998,NO.9
2. 丁道宏,電力電子技術(shù)[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
評(píng)論