基于單片機(jī)與SPWM控制應(yīng)急電源逆變電路設(shè)計(jì)

　　1、三相SPWM波形發(fā)生器SA4828

　　1.1、SA4828的性能特點(diǎn)

　　SA4828是英國MITEL公司研制出的一種專用于三相SPWM信號發(fā)生和控制的集成電路芯片。具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡單、無溫漂等優(yōu)點(diǎn)，主要用于逆變電源、變頻調(diào)速及應(yīng)急電源等工業(yè)領(lǐng)域。芯片的主要特性是：具有增強(qiáng)型微處理器接口，可與更多單片機(jī)兼容;可以單獨(dú)調(diào)整各相輸出，可以用于任意不平衡負(fù)載;內(nèi)置“看門狗”定時(shí)器進(jìn)行監(jiān)控，程序運(yùn)行安全可靠;提供了軟復(fù)位控制功能;調(diào)制波頻率采用16位，增加了頻率的分辨率，提高了逆變器輸出頻率的精度;片內(nèi)ROM提供三種可供選擇的波形，適用于多種應(yīng)用場合，其中能提供的純正弦波可用于靜止逆變電源和單相交流調(diào)速。

　　1.2、SA4828的工作原理

　　SA4828原理框圖如圖3所示。它接收并存儲(chǔ)微處理器初始化命令和控制命令，主要由總線控制、地址/數(shù)據(jù)總線、存儲(chǔ)器、控制寄存器組成，以控制字的形式實(shí)現(xiàn)。三相輸出控制電路的每相輸出控制電路由脈沖取消和脈沖延時(shí)電路構(gòu)成，脈沖取消將脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖去掉，延時(shí)電路保證死區(qū)間隔，以防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋路開關(guān)器件出現(xiàn)直通現(xiàn)象。

　　圖3 SA4828原理

　　三種不同波形的選擇通過傳輸給初始化寄存器和控制寄存器的命令來設(shè)置三種波形ROM.“看門狗”電路在接受單片機(jī)發(fā)出的命令時(shí)，一旦出現(xiàn)問題，總線控制會(huì)發(fā)出復(fù)位“看門狗”信號，使“看門狗”延時(shí)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號。SA4828增設(shè)了8個(gè)寄存器單元以提高頻率精度及能獨(dú)立控制三相波形幅值。系統(tǒng)進(jìn)行初始化時(shí)，微處理器通過SA4828內(nèi)部的總線控制和譯碼電路向其初始化寄存器中寫數(shù)據(jù)，完成載波頻率、調(diào)制頻率的范圍、脈沖延遲時(shí)間及計(jì)數(shù)器復(fù)位的設(shè)置。在運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)地向控制寄存器中寫數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對調(diào)制波頻率、調(diào)制波幅值、正/反轉(zhuǎn)、過調(diào)制、輸出禁止等參數(shù)的刷新，使RPHT，RPHB，YPHT，YPHTB，BPHTB，BPHT6個(gè)引腳輸出的SPWM信號發(fā)生改變。

　　2、控制電路硬件設(shè)計(jì)

　　以SA4828與單片機(jī)C8051F020為核心構(gòu)成的控制器電路設(shè)計(jì)如圖4所示。控制電路根據(jù)給定的參數(shù)輸出三相SPWM信號給智能功率模塊IP-M，實(shí)現(xiàn)對功率晶體管的通斷控制。C8051F020通過8位P0端口與SA4828的地址、數(shù)據(jù)管腳AD0～AD7相連，工作時(shí)，單片機(jī)首先對SA4828進(jìn)行初始化，定義載波頻率，電源頻率范圍、死區(qū)、最小脈沖取消時(shí)間等參數(shù)。然后向SA4828的控制寄存器傳送電源的頻率控制字和幅度控制字等參數(shù)。正常工作時(shí)，根據(jù)需要對SA4828的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的反饋與實(shí)時(shí)控制，以及調(diào)壓控制。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能，采用平均值反饋PI調(diào)節(jié)。輸出電壓經(jīng)隔離送入C8051F020單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口即P3.0口，轉(zhuǎn)換結(jié)果參與PI運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果即為SA4828幅度控制寄存器的控制字。從RPHT～BPHB的6個(gè)引腳輸出相應(yīng)頻率和電壓的SPWM控制信號，經(jīng)隔離電路后，分別控制智能功率模塊IPM的6個(gè)IGBT的導(dǎo)通與截止，最后在3個(gè)輸出端上產(chǎn)生對稱的三相SPWM電壓。SA4828作為單片機(jī)的外設(shè)，與單片機(jī)并聯(lián)，通過對單片機(jī)編程，只需將SPWM的初始化信息和控制信息寫入SA4828的相關(guān)寄存器，即產(chǎn)生精確的全數(shù)字化的三相的SPWM波形。

　　圖4 SA4828的接口