SA8282三相PWM發生器的原理與應用

SA8282三相PWM發生器的原理與應用

　　摘要：SA8282是英國MITEL公司推出的三相PWM發生器集成芯片。該芯片采用全數字化操作，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智能化控制。文中介紹了該芯片的內部結構、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發生器；SA8282；微處理器
　　
　　１ＳＡ８２８２的功能特點
　　
　　ＰＷＭ控制技術是通過控制電路按一定規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字方法兩種，其中模擬方法的電路比較復雜,且有溫漂現象，會影響精度,降低系統的性能。數字方法則是按照不同的數字模型用計算機算出各切換點并將其存入內存,然后通過查表及必要的計算生成ＰＷＭ波，因此數字方法受內存影響較大,且與系統精度之間存在著矛盾。ＳＡ８２８２是英國ＭＩＴＥＬ公司生產的全數字化三相ＰＷＭ發生器，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：
　　
　　ＡＤ０～ＡＤ７：八位地址與數據復用總線，用于從微處理器接受地址與數據信息。
　　
　　ＷＲ（Ｒ／Ｗ?、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）管腳變為高電平時，ＳＡ８２８２內部檢測電路將自動鎖存ＲＤ（ＤＳ）線上的狀態，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。
　　
　　ＲＳＴ：復位端，低電平有效；
　　
　　ＣＳ：片選輸入?該控制線可使ＳＡ８２８２與其它外圍接口芯片共享同一組總線。
　　
　　ＲＰＨＴ、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：輸出封鎖狀態指示?用于表明輸出是否被鎖存，低電平有效。
　　
　　ＳＥＴＴＲＩＰ：關斷觸發信號輸入端,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,且只有在,ＲＳＴ復位時才能解除。
　　
　　ＷＳＳ：波形采樣同步端口；
　　
　　ＺＰＰＢ、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。
　　
　　ＶＳＳ：接地端。
　　
　　此外，ＳＡ８２８２芯片還具有以下特點：
　　
　　(１)全數字化
　　
　　ＳＡ８２８２與微處理器相連時?可自動適應Ｉｎｔｅｌ和ＭＯＴＯＲＯＬＡ兩種總線接口?而且編程簡捷方便。其全數字化的脈沖輸出具有很高的精度和穩定性。
　　
　　(２)工作方式靈活
　　
　　ＳＡ８２８２具有六個標準的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、調制頻率、調制比、最小脈寬、死區時間等工作參數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,當時鐘頻率為１２．５ＭＨｚ時,載波頻率最高可達２４ｋＨｚ,輸出調制頻率最高可達４ｋＨｚ,輸出頻率的分辨率為１２位。
　　
　　２工作原理
　　
　　ＳＡ８２８２的內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中讀取及產生ＰＷＭ調制波形部分以及三相輸出控制電路等三個功能部分。
　　
　　圖3
　　
　　２．１命令寄存部分
　　
　　該部分由總線控制、地址／數據總線、暫存器
　　
　　
　　
　　Ｒ０～Ｒ２、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?進行系統參數設置），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。由于總線的數據寬度被限制在８位字長，因此要想把數據送到一個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。而數據由暫存寄存器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的送數寫指令來實現的，Ｒ３、Ｒ４實際上不存在，它們只在指令中出現。往Ｒ３送數的寫指令用于將數據從Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２傳送到控制寄存器，而往Ｒ４送數的寫指令則可將數據從Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２傳送到初始化寄存器。
　　
　　２．２讀取及產生ＰＷＭ調制波形部分
　　
　　該部分由地址發生器、波形Ｒ０Ｍ及相位和控制邏輯構成。由于調制波形關于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可根據地址發生器的信號直接從波形ＲＯＭ中讀取波形數據,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。
　　
　　２．３三相輸出控制電路
　　
　　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間隔，其作用是在改變任一相中兩個開關器件的狀態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，從而防止在轉換瞬間橋臂開關元件出現共通（兩個開關在狀態轉換期間造成直通短路）現象。
　　
　　３用ＳＡ８２８２組成的靜止逆變器
　　
　　３．１硬件組成
　　
　　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：
　　
　　（１）控制電路
　　
　　該逆變器的控制電路主要由ＭＣＳ－５１單片機最小系統、少量的外圍擴展芯片和ＳＡ８２８２三相ＰＷＭ發生器構成。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、閉環控制算法的運算及數據處理、模擬信號與數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。
　　
　　（３）主電路
　　
　　本系統的主電路為ＡＣ－ＤＣ－ＡＣ逆變電路。輸入的三相交流電壓經整流、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、穩定度、諧波含量、保護功能和可靠性等。圖４為本系統的程序流程框圖。
　　
　　在軟件的主程序中?ＳＡ８２８２初始化命令和控制命令的參數計算及設置主要用來確定頻率調節范圍、死區時間、輸出電壓幅值和中心頻率等。軟啟動決定著系統開機時輸出電壓由低逐漸升高的緩變過程。電壓、頻率調整主要是將Ａ／Ｄ轉換的數據?經計算處理后?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。
　　
　　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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