1 引言
pwm(脈寬調(diào)制)技術(shù)，廣泛應(yīng)用在交流電機(jī)調(diào)速、開(kāi)關(guān)電源、不間斷供電(ups)等領(lǐng)域。其中pwm信號(hào)的產(chǎn)生是關(guān)鍵。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的不斷更新，其生成方式由過(guò)去的模擬法變成了現(xiàn)在的數(shù)字法。本文采用mibbb公司生產(chǎn)的三相pwm波形發(fā)生器sa866de，加少量的外圍器件和簡(jiǎn)單的軟件編程，即可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化變頻器的設(shè)計(jì)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便，輸出波形優(yōu)點(diǎn)多。

2 sa866de的特點(diǎn)及工作原理

2.1 sa866de的特點(diǎn)
(1) 無(wú)需微處理器;串行接口模式;所有用戶設(shè)定的參數(shù)均儲(chǔ)存在外部eeprom中。在電路不變的情況下，通過(guò)修改參數(shù)就可以改變逆變器的性能指標(biāo);有線性和二次型兩種v/f特性曲線可選擇，以滿足不同負(fù)載的要求;大大節(jié)約了硬件成本。對(duì)于大批量應(yīng)用，可工廠掩膜編程;
(2) 數(shù)字信號(hào)輸入，實(shí)現(xiàn)12檔速度輸出，方向可選擇;通過(guò)rc振蕩電路實(shí)現(xiàn)加速和減速時(shí)間控制;
(3) 載波頻率可達(dá)24khz;工作頻率范圍0~4khz;電源頻率精度高達(dá)16位;可以實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)速范圍及無(wú)噪聲運(yùn)行;
(4) 雙沿規(guī)則采樣;可選擇最小脈沖寬度和設(shè)置脈沖延遲時(shí)間;可輸出純正弦波、增強(qiáng)型及高效型三種波形;輸出波形如圖1所示。
對(duì)于一般交流電機(jī)和靜止逆變器通常采用純正弦波;
采用增強(qiáng)型波形，可大大提高整機(jī)的輸出功率，并且可以大幅度減小電機(jī)發(fā)熱，這對(duì)于散熱不良的空間，減小熱量積聚極為有利。
采用高效型波形，可以減小開(kāi)關(guān)損耗，使用更少、更便宜的散熱片。

圖1(a)為純正弦波，一般交流電機(jī)和靜態(tài)逆變器通常采用這種波形;(b)為三次諧波(增強(qiáng)型波型)，此種波型包括3分奇次諧波，輸出功率提高20%，三相諧波相互抵消，防止了電機(jī)發(fā)熱;(c)為帶死區(qū)的三次諧波(高效型波形)，進(jìn)一步優(yōu)化三次諧波，在一個(gè)周期中，高壓側(cè)和低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)保持60°的間隙，不但節(jié)省了33%的開(kāi)關(guān)損耗，而且可以使用更少、更便宜的功率器件或減少散熱片的體積，提高了功率開(kāi)關(guān)的可靠性。

2.2 sa866de工作原理

(1) pwm產(chǎn)生邏輯

圖2是sa866de標(biāo)準(zhǔn)工作方式的方框圖。
pwm發(fā)生器是實(shí)現(xiàn)脈沖序列的核心。脈沖調(diào)制信號(hào)是通過(guò)比較輸入?yún)⒖疾ㄐ魏透哳l載波得到的。sa866de采用異步不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣的調(diào)制方法，其工作原理如圖3所示。sa866de為用戶提供的參考波形以數(shù)字形式存在片內(nèi)rom中。sa866de使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，避免了使用模擬器件時(shí)產(chǎn)生的漂移現(xiàn)象。三角波(載波)由一個(gè)上/下計(jì)數(shù)器合成，并通過(guò)數(shù)字比較器和調(diào)制波進(jìn)行比較。調(diào)制波在每個(gè)載波波峰上升和下降沿都進(jìn)行采樣，稱(chēng)作“雙沿規(guī)則采樣”。調(diào)制波以數(shù)字形式存在片內(nèi)rom中(1536個(gè)采樣點(diǎn)/360°)。開(kāi)關(guān)頻率被rom內(nèi)特定地址的比例控制，該比例值與sa866de的載波頻率無(wú)關(guān)，因此稱(chēng)為“異步pwm方法”。pwm波形最終輸出三對(duì)互補(bǔ)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)三相逆變橋的上、下開(kāi)關(guān)管。每相輸出控制電路由脈沖取消電路、脈沖延遲電路和功率驅(qū)動(dòng)電路組成。脈沖取消電路用來(lái)將脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖去掉;脈沖延遲電路保證死區(qū)時(shí)間間隔，防止轉(zhuǎn)換瞬間上、下橋臂間開(kāi)關(guān)器件產(chǎn)生直通現(xiàn)象，以使逆變器可靠換相;驅(qū)動(dòng)電路用于pwm波形輸出功率放大，使之可直接驅(qū)動(dòng)光電耦合器件，實(shí)現(xiàn)隔離。

(2) 速度及加速/減速控制邏輯
速度控制通過(guò)速度設(shè)置電位器由set-point端引入，經(jīng)10位高速a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的目標(biāo)值。加速、減速控制主要通過(guò)一個(gè)16位幅值比較器和17位加/減計(jì)數(shù)器組成。加/減計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘由加/減速振蕩器提供，加/減速速率可單獨(dú)設(shè)定，由osc/clk輸入狀態(tài)用3種方式控制。加/減速速率設(shè)置端raccel/rdecel分別外接電阻、電容確定加/減速振蕩器頻率。是否實(shí)行加/減速，還應(yīng)由電壓監(jiān)控端vmonitor和電流監(jiān)控端imonitor的輸入信號(hào)值共同確定。其加/減速算法流程圖如圖4所示。

(3) v/f控制
為了適應(yīng)各種場(chǎng)合，保證sa866de在任何頻率下都能對(duì)電壓幅度進(jìn)行控制，有兩種v/f控制方式可以選擇。線形方式和二次型方式。為了減小銅耗，基電壓都設(shè)置成可調(diào)，然后電壓和頻率按線形關(guān)系和二次型關(guān)系上升到指定值。線形v/f操作使頻率在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)上升到指定值。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)外振幅保持最大值，但隨著頻率的增大，轉(zhuǎn)矩不斷下降，而使功率保持不變，此時(shí)被稱(chēng)為恒功率區(qū)。v/f特性曲線形狀由一個(gè)8位精度的可編程參數(shù)決定。

(4) 模式選擇
將serial腳置1或懸空不用，可以選擇模式n1~n3，這三種模式均為正常工作模式，所有參數(shù)均由外部eeprom讀入。將serial腳置0可以選擇模式s1~s2，這兩種模式均為串行工作模式，由微處理器/微控制器取代外部eeprom，串行加載初始化參數(shù)。
sa866de具有microwire三線串行接口，可與256或1024位的串聯(lián)總線型eeprom兼容。eeprom的存儲(chǔ)單元分為4頁(yè)，每頁(yè)為4個(gè)16位字，分別包含一套參數(shù)。頁(yè)面選擇通過(guò)sa866de給eeprom發(fā)送的首地址命令及所讀取的位數(shù)確定，這樣對(duì)于每種產(chǎn)品可以有四套參數(shù)供選擇，由page0、page1兩個(gè)邏輯管腳決定。

3 應(yīng)用實(shí)例

如圖5為采用sa866de芯片設(shè)計(jì)的一套簡(jiǎn)單實(shí)用的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置原理圖。

如圖5所示，系統(tǒng)采用外接eeprom方式，所選eeprom為atmel公司生產(chǎn)的at93lc46，所有的可編程參數(shù)均存在eeprom中，page0、page1用來(lái)選擇存儲(chǔ)器93lc46的4個(gè)頁(yè)面數(shù)據(jù)。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，通過(guò)串行口自動(dòng)下載。sa866de工作于模式n3，racc、rdec引腳接高電平，serial端懸空。trip端接一發(fā)光二極管，用來(lái)顯示系統(tǒng)故障封鎖。

系統(tǒng)主電路輸入為引自電網(wǎng)的三相交流電，經(jīng)整流、濾波后變?yōu)榉€(wěn)定的直流電提供給功率變換器件，經(jīng)過(guò)功率變換器件變頻后形成三相交流電驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。功率變換器件采用集成度高的智能功率模塊(ipm)，它將功率變換、柵極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路集為一體，具有驅(qū)動(dòng)欠電壓、開(kāi)關(guān)過(guò)流、橋臂短路及過(guò)熱等系統(tǒng)保護(hù)功能。sa866de的settrip端與ipm的保護(hù)輸出端相連，一旦檢測(cè)到保護(hù)信號(hào)在快速向sa866de發(fā)出保護(hù)高電平，高速切斷電路，關(guān)斷pwm輸出。

控制電路是整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心，整個(gè)控制電路只需采用一片三相pwm波形發(fā)生器芯片sa866de即可實(shí)現(xiàn)pwm信號(hào)輸出、系統(tǒng)保護(hù)等功能。12檔速度調(diào)節(jié)通過(guò)加/減速速率設(shè)置端raccel/rdecel及電壓監(jiān)控端vmonitor和電流監(jiān)控端imonitor很容易實(shí)現(xiàn)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)通過(guò)dir端控制，因此，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制調(diào)節(jié)方便，具有很高的智能性。

4 結(jié)束語(yǔ)
sa866de作為一種高集成度的交流電機(jī)變頻調(diào)速控制芯片，具有成本低廉、控制簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便快捷等優(yōu)點(diǎn)?？梢詽M足洗衣機(jī)、電動(dòng)工具、hvac設(shè)備及輕工業(yè)機(jī)械的要求，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)
[1] mibbb semiconductor。sa866de 3-phase pulse width modulation engine. november 1999.
[2] 李 宏. 電力電子設(shè)備用器件與集成電路應(yīng)用指南[m]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

作者簡(jiǎn)介
胡欽龍(1978-) 男 在讀碩士 主要研究方向:電機(jī)及其控制。