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SA8282三相PWM發(fā)生器的原理與應用

時間:2023-02-21 00:04:09 電子通信論文 我要投稿
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SA8282三相PWM發(fā)生器的原理與應用

  摘要:SA8282是英國MITEL公司推出的三相PWM發(fā)生器集成芯片。該芯片采用全數(shù)字化操作,工作方式靈活、頻率范圍寬、精度很高?并可與微處理器接口以實現(xiàn)智能化控制。文中介紹了該芯片的內(nèi)部結構、引腳功能、主要特點和工作原理,給出了典型的應用電路。
  關鍵詞:PWM發(fā)生器;SA8282;微處理器
  
  1SA8282的功能特點
  
 。校祝涂刂萍夹g是通過控制電路按一定規(guī)律來控制開關管的通斷,以得到一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形并使其逼近正弦電壓波形。其方法有模擬方法和數(shù)字方法兩種,其中模擬方法的電路比較復雜,且有溫漂現(xiàn)象,會影響精度,降低系統(tǒng)的性能。數(shù)字方法則是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點并將其存入內(nèi)存,然后通過查表及必要的計算生成PWM波,因此數(shù)字方法受內(nèi)存影響較大,且與系統(tǒng)精度之間存在著矛盾。SA8282是英國MITEL公司生產(chǎn)的全數(shù)字化三相PWM發(fā)生器,它頻率范圍寬、精度高,并可與微處理器進行接口,同時能夠完成外圍控制功能,因而可實現(xiàn)智能化。
  
  SA8282采用28腳DIP封裝。圖1是其引腳排列圖,其各引腳的功能說明如下:
  
 。粒模啊粒模罚喊宋坏刂放c數(shù)據(jù)復用總線,用于從微處理器接受地址與數(shù)據(jù)信息。
  
 。祝遥ǎ遥?、RD(DS)、ALE(AS):此三個引腳為Intel(MOTOROLA)控制模式;SA8282在工作時可自動適應Intel或MOTOROLA控制模式,當ALE(AS)管腳變?yōu)楦唠娖綍r,SA8282內(nèi)部檢測電路將自動鎖存RD(DS)線上的狀態(tài),如果檢測結果為低電平,則采用MOTOROLA控制模式;如果檢測結果為高電平,則采用Intel控制模式。
  
 。遥樱裕簭臀欢,低電平有效;
  
 。茫樱浩x輸入?該控制線可使SA8282與其它外圍接口芯片共享同一組總線。
  
 。遥校龋、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB:標準TTL電平輸出端口(即PWM驅動信號)?可分別驅動三相逆變器的六個功率開關器件。
  
  TRIP:輸出封鎖狀態(tài)指示?用于表明輸出是否被鎖存,低電平有效。
  
 。樱牛裕裕遥桑校宏P斷觸發(fā)信號輸入端,當輸入為高時,TRIP及六個PWM輸出端將被迅速鎖存在低電平狀態(tài),且只有在,RST復位時才能解除。
  
  WSS:波形采樣同步端口;
  
 。冢校校、ZPPY、ZPPR:分別是三相信號的零相位脈沖輸出端。
  
  CLK:時鐘信號輸入端。
  
  VDD:+5V偏置電源。
  
 。郑樱樱航拥囟。
  
  此外,SA8282芯片還具有以下特點:
  
  (1)全數(shù)字化
  
 。樱粒福玻福才c微處理器相連時?可自動適應Intel和MOTOROLA兩種總線接口?而且編程簡捷方便。其全數(shù)字化的脈沖輸出具有很高的精度和穩(wěn)定性。
  
  (2)工作方式靈活
  
 。樱粒福玻福簿哂辛鶄標準的TTL電平輸出端,可以驅動逆變器的六個功率開關器件。電路的載波頻率、調(diào)制頻率、調(diào)制比、最小脈寬、死區(qū)時間等工作參數(shù)均可直接通過軟件設定,而不需要任何外接電路,從而降低了硬件成本。
  
  (3)工作頻率范圍寬、精度高
  
  SA8282的三角載波頻率可調(diào),當時鐘頻率為12.5MHz時,載波頻率最高可達24kHz,輸出調(diào)制頻率最高可達4kHz,輸出頻率的分辨率為12位。
  
  2工作原理
  
 。樱粒福玻福驳膬(nèi)部原理結構框圖如圖2所示。它主要包括初始化命令和控制命令寄存部分、從ROM中讀取及產(chǎn)生PWM調(diào)制波形部分以及三相輸出控制電路等三個功能部分。
  
  圖3
  
 。玻泵罴拇娌糠
  
  該部分由總線控制、地址/數(shù)據(jù)總線、暫存器
  
  
  
 。遥啊遥、虛擬寄存器R3~R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器構成。該部分在工作時?應首先進行初始化(從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸入控制字?進行系統(tǒng)參數(shù)設置),然后由微處理器向兩個24位寄存器輸入命令字,這兩個寄存器分別被稱為初始化寄存器和控制寄存器。由于總線的數(shù)據(jù)寬度被限制在8位字長,因此要想把數(shù)據(jù)送到一個24位寄存器,應先分三次分別送到三個暫存寄存器R0、R1、R2中。而數(shù)據(jù)由暫存寄存器R0、R1、R2送到初始化寄存器或控制寄存器是通過虛擬寄存器R3、R4的送數(shù)寫指令來實現(xiàn)的,R3、R4實際上不存在,它們只在指令中出現(xiàn)。往R3送數(shù)的寫指令用于將數(shù)據(jù)從R0、R1、R2傳送到控制寄存器,而往R4送數(shù)的寫指令則可將數(shù)據(jù)從R0、R1、R2傳送到初始化寄存器。
  
 。玻沧x取及產(chǎn)生PWM調(diào)制波形部分
  
  該部分由地址發(fā)生器、波形R0M及相位和控制邏輯構成。由于調(diào)制波形關于90°、180°、270°對稱?所以波形ROM中僅保存了0~90°的波形瞬時值。工作時,SA8282可根據(jù)地址發(fā)生器的信號直接從波形ROM中讀取波形數(shù)據(jù),然后通過相位控制邏輯將其組成0~360°的完整波形和三相波形,而不需要處理器進行處理。
  
 。玻橙噍敵隹刂齐娐
  
  SA8282中的每相輸出控制電路均由脈沖取消和脈沖延時電路構成。脈沖取消電路用于去掉脈沖寬度小于取消時間的脈沖,以保證最小輸出脈沖寬度大于器件的開關周期。延時電路可保證死區(qū)間隔,其作用是在改變?nèi)我幌嘀袃蓚開關器件的狀態(tài)時提供一個較短的延遲時間,以使這段時間里的兩個開關都處于關狀態(tài),從而防止在轉換瞬間橋臂開關元件出現(xiàn)共通(兩個開關在狀態(tài)轉換期間造成直通短路)現(xiàn)象。
  
 。秤茫樱粒福玻福步M成的靜止逆變器
  
 。常庇布M成
  
  由SA8282組成的靜止逆變器的硬件結構如圖3所示,該電路主要由以下幾個部分組成:
  
 。ǎ保┛刂齐娐
  
  該逆變器的控制電路主要由MCS-51單片機最小系統(tǒng)、少量的外圍擴展芯片和SA8282三相PWM發(fā)生器構成。單片機用于完成對SA8282的初始化和輸出脈寬控制、頻率控制,同時完成開環(huán)、閉環(huán)控制算法的運算及數(shù)據(jù)處理、模擬信號與數(shù)字信號的檢測以及保護功能的邏輯判斷等。由于SA8282和單片機共用一個石英晶體振蕩器,故同步性能穩(wěn)定,漂移小。
  
  (2)驅動電路
  
  驅動電路由EXB840構成。SA8282輸出的PWM信號經(jīng)驅動模塊EXB840可直接驅動IGBT,且隔離性能好,抗干擾能力強,同時具有過流檢測及電路關斷等功能。一旦EXB840檢測到過流信號,它將迅速向SA8282發(fā)出高電平保護信號?同時封鎖IGBT的驅動信號?并高速切斷電路,低速關斷IGBT。
  
 。ǎ常┲麟娐
  
  本系統(tǒng)的主電路為AC-DC-AC逆變電路。輸入的三相交流電壓經(jīng)整流、濾波后將直流電壓供給逆變器。主開關器件用六單元IGBT模塊和緩沖電路來構成三相逆變器。其輸出則采用隔離降壓變壓器,因此可滿足不同輸出電壓的要求。
  
  3.2軟件設計
  
  軟件程序設計是整個逆變器控制的核心,它決定著逆變器的輸出特性,如電壓、頻率范圍、穩(wěn)定度、諧波含量、保護功能和可靠性等。圖4為本系統(tǒng)的程序流程框圖。
  
  在軟件的主程序中?SA8282初始化命令和控制命令的參數(shù)計算及設置主要用來確定頻率調(diào)節(jié)范圍、死區(qū)時間、輸出電壓幅值和中心頻率等。軟啟動決定著系統(tǒng)開機時輸出電壓由低逐漸升高的緩變過程。電壓、頻率調(diào)整主要是將A/D轉換的數(shù)據(jù)?經(jīng)計算處理后?去控制SA8282輸出的電壓和頻率。過載保護程序的作用是在外接負載達到額定負載的120%時,能使系統(tǒng)在延時一段時間后關閉SA8282,以達到關斷IGBT輸出的目的。短路保護程序可在外接負載大于額定負載200%時,立即關閉系統(tǒng)。
  
  由于本電路采用MCS-51單片機及三相PWM集成電路SA8282來進行設計,因而其控制電路大為簡化,器件減少,結構緊湊,同時也進一步降低了成本,提高了可靠性。
  
  
  
  
  
  

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