高精度三相PWM波形产生器SA4828在逆变器中的应用

高精度三相PWM波形产生器SA4828在逆变器中的应用空军工程大学电讯工程学院张颖超侯振义ApplicationofPWMWaveformGeneratorSA4828ZhangYingchaoHouZhenyi摘要：SA4828是Mitel公司生产的三相PWM波形产生器，它可提供高质量，全数字的三相脉宽调制波形，而且编程简单方便，修改灵活，文中介绍了SA4828的原理及其应用在逆变器中的软、硬件设计方法。关键词：脉宽调制(PWM)；控制；逆变；SA4828分类号：TN921.52文献标识：B文章编号：1006-6977（2000）09-0003-031引言脉宽调制(PWM)控制技术在逆变电路中得到广泛的应用，其波形产生方法有两种：一是模拟方法，二是数字方法。模拟方法电路结构复杂，有温漂现象，难以实现精确控制。数字方法则克服了上述缺点。MITEL公司生产的SA系列PWM波形产生器具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，其中SA4828是主要用于变频调速、逆变电源及UPS等工业领域的高精度PWM波形产生器。2SA4828的主要特点及控制方法2.1SA4828的主要特点和Mitel公司的先前产品SA828相比，SA4828主要具有以下特点：●具有增强型微处理器接口，可与更多的单片机兼容；●将调制波频率的分辨率提高到16位；●由于采用了可由用户选择的三相幅值独立控制方式，因而使得三相逆变器可用于任意不对称负载；●有三种可供选择的输出波形，适用于多种应用场合；●可提供软件复位功能；●内置“看门狗”定时器以加强监控，从而提高了可靠性。2.2SA4828芯片的控制方法对SA4828的控制是通过微处理器接口将数据送入芯片和两个寄存器(初始化寄存器和控制寄存器)来实现的。初始化寄存器用于设定与逆变器有关的一些基本参数，这些参数在PWM输出端允许输出前初始化，逆变器工作以后不允许改变。控制寄存器在工作过程中控制输出脉宽调制波的状态，从而进一步控制逆变器的运行状态。通常在工作时该寄存器内容常被改写以实现实时控制。参数是通过8个暂存器R0、R1、R2、R3、R4、R5、R14、R15来传送的，初始化参数先被写入R0、R1……R5，然后通过对R14的写操作将参数送入初始化寄存器，最后再将控制参数写入R0、R1…R5，并通过对R15的写操作将参数送入控制寄存器。各控制寄存器的地址如表1所列。3参数设置3.1初始化参数的设置表2为初始化参数在各个寄存器中的空间分配表。现将各参数作一说明。a.载波频率(CFS)载波频率fcarr的值由下式给出：fcarr=fclk/(512×2n＋1)式中；fclk是输入的时钟频率。n的值为对应于二进制CFS值的十进制自然数0～7。b.电源频率范围(FRS)电源频率范围frange的值由下式给出：frange=2mfcarr/384式中：m的值为与二进制的FRS值对应的十进制自然数0～6。c.脉冲延迟时间(PDY)脉冲延迟时间tpdy的值由下式给出：tpdy=(63－k)/512fcarr式中，k的值为与二进制的PDY值对应的十进制自然数0～63。d.脉冲取消时间(PDT)脉冲取消时间tpd由下式给出：tpdy=(127－L)/512fcarr式中，L的值为与二进制的PDT值对应的十进制自然数0～127。e.波形选择(WS)输出波形选择控制字如表3所列。f.幅值控制(AC)当AC=0时，三相幅值均由R相幅值暂存器R3控制。而B相幅值暂存器R4和Y相幅值暂存器R5内容无效。当AC=1时，三个幅值暂存器独立控制各自的幅值，该方式适用于三相不平衡负载。g.看门狗定时器时间设置(WD)看门狗定时器的时间twd由下式给出：tWD=1024TIM/fclk式中，fclk是输入的时钟频率，TIM是16位二进制数WD(WD15、WD14……WD0)对应的十进制数。如果在tWD时间内未对定时器中的数据更新(表明程序执行不正常)，则定时器溢出，系统关断PWM输出。3.2控制参数的设置各控制参数在暂存器R0……R5的空间分配如表4所列。其参数说明如下：a.电源频率(PFS)电源频率fpower的值由下式给出：fpower=frange×PFS/65535式中，frange为电源频率范围。PFS是16位与二进制(PFS15、PFS14……PFS0)对应的十进制数的值。b.电源幅值(RAMP、YAMP、BAMP)各项幅值的百分比计算公式如下：Apower=A×100％/255式中，A是8位幅值选择字(AMP7、AMP6……AMP0)对应的十进制的值。c.相序选择(F/R)三相PWM输出的相序受控于正/反转选择位F/R，该位为0时，相序为红→黄→蓝；反之，相序为蓝→黄→红。d.输出禁止位(INH)该位有效时(为“0”)，所有的PWM输出变为低电平，但不影响其它操作。一旦设置无效，输出立即恢复。e.计数器复位(CR)当计数器复位位(CR)为“0”时，红相相位计数器设置为“0”。f.软件复位(RST)当该位有效时(为“1”)，芯片复原为初始时的默认状态，它的效果与硬件复位脚相同。g.看门狗定时器选择(WTE)当该位有效时(为“1”)，看门狗定时器被启用；反之，看门狗定时器被禁止。4系统软、硬件的设计与实现4.1系统硬件连接方案SA4828用在逆变器上的连接电路如图1所示。图中，AC交流信号经整流、逆变、隔离(对于UPS和逆变器而言，若用于变频调速，则不需要隔离电路)后输出，在控制电路中，单片机不但用来完成对SA4828的初始化、输出脉宽和频率的控制，还要处理采样数据以形成闭环控制，完成对保护信号的逻辑检测。由于51系列单片机都是地址、数据复用总线模式，故将MUX、RS引线连到高电平。SETTRIP用来快速关断PWM输出，当其有效时，TRIP端输出高电平，指示灯亮。4.2系统软件设计软件设计是整个逆变控制的核心，它决定着逆变器的输出特性。图2给出了本系统的程序流程图。从程序流程图中可看出：单片机先将SA4828复位，在向其传送初始化参数和控制参数之后SA4828即可输出PWM波形，逆变器随后将处于工作状态，这时单片机应不断查询输出状态，以便随时调整PWM输出特性，以满足系统要求；只要系统工作正常，看门狗定时器就不断被更新，以防止其溢出而中断PWM输出。5结论SA4828可以提供高质量、全数字化的三相脉宽调制波形，并能实现精确控制，以构成性能优异的逆变系统。该系统设计简单，控制电路使用器件少，因而可降低成本、提高可靠性。另外，芯片提供的SETTRIP端在异常情况下可越过CPU的控制而直接关断PWM输出，因而进一步提高了系统的可靠性。