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1、基于SA4828的变频器设计徐 志 跃(北京航空航天大学 电工电子中心， 北京10003）摘要:本文介绍了利用大规模专用集成电路A488设计变频器的方法。内容包括:S48的特性介绍及变频器的主电路、驱动电路、隔离电源、保护电路、速度检测、调速系统等部件的设计方法。关键词:变频调速、正弦脉宽调制、智能功率模块Design f nvertr Badon SA828 fr A MotorXu Zhie（Elcticl ElecticCter,Beiang Unirity, Beijin10083)Asrat: A meho howt make sefth sel LIS48 o d n eter A
2、C motr ivisaisedin thispaer The contnts includg he aaeritic fSA48, the mi ciruit fr the ineter， dive circuit, inulaed poer upply,roecto rcui, speed detcton as well as pee dusting stem re discuse.Key od: Variblfrequencysped adjument，PM，M1 概述交流电动机，尤其是感应异步电动机，具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便,可工作在恶劣的环境中等突出的优点，在伺服驱
3、动系统中越来越受到人们的关注。其中，应用最广的当属变频调速技术,它以变频器向交流电动机供电。变频器可以把原先固定电压和频率的交流电源转换为可变电压、可变频率的特殊的交流电源。因此，变频器已经成为交流调速的核心部件。要想做到改变交流电源频率的同时改变其电压的幅值,实现恒转矩调速，可以采用一种叫做SPWM的方法。即用一个低频的正弦波去调制一个高频的三角形的载波,得到一串等幅不等宽的脉冲。它里面包含有一个基波分量和极少的谐波。改变调制波的频率和幅值,就可以改变脉冲串里的基波分量的频率和幅值,也就实现了异步电动机的VVV(可变压可变频)调速。按照上述SPWM的工作原理，逆变器中开关管的开关时间要由调制
4、波与载波的交点来确定。在调制波的频率、幅值和载波的频率这三个参数中，不论哪一个发生变化,都将使得载波与调制波的交点发生变化。因此,在每一次变频调整时，都要重新计算交点的坐标。这是一组超越方程，单片机的计算能力和速度显然难以胜任。过去最常用的办法是，把各种频率和电压对应的交点坐标事先计算好,用表格的形式存放起来,使用时通过查表来调用。这样将占用大量的存储器和PU的资源,使其无法发挥更好的作用。近年来一些厂家研制出了专门用于生成三相PWM波控制信号的大规模集成电路芯片，如SA48等。采用这样的集成电路芯片,可以大大地减轻PU的负担，仅当需要改变频率和电压时，单片机才去干预SA4828，使控制系统可
5、以空出更多的时间用于检测和监控。2 SA488的特性21 SA428的性能特点SA428是英国MTE公司研制出的一种专门用于三相SWM信号发生和控制的集成电路芯片。它采用28引脚,分DI和SOIC两种封装。它可以和大部分的单片机连接，也可以单独使用。芯片的主要特性是：全数字控制;兼容Inel和Motoroa系列的单片机;载波频率最高可达24z；输出调制波频率范围为04kHz;6位调速分辨率;位调压分辨率；内部RM固化3种可选波形;可设定死区时间和删除最小脉宽；可实现正反转控制;可以单独设定各相的输出电压幅值以适应不平衡负载；有看门狗定时器。2.2 S48的引脚功能S428的引脚如图1所示,大体
6、可以分为三类信号:(1)与单片机的接口信号DOAD 、WR、LE可直接与地址数据复用的单片机相连。此时，总线选择信号MX接+5V,地址/数据引脚RS不用RTRBYTYBBTBBZPPRWSSTRIPADOAD7WRRDALEMUXRSCSCLKRESETSET TRIPSA4828图1 SA4828的引脚图(2)输入信号CS 片选信号CLK 时钟信号，最高频率为4.56MHzREST 复位信号，禁止输出STTRIP 关断信号，高电平时可快速关断全部WM信号（)输出信号RT、Y、B控制三相逆变桥的三个上桥臂的开关管、 控制三相逆变桥的三个下桥臂的开关管。它们是标准的TT信号,有2的驱动能力,可直
7、接驱动光耦。ZPPR 输出调制波的频率SS 输出采样波形TRP 封锁状态,ST TRIP有效时,该引脚为低电平表明输出已被封锁,可接ED指示灯。3 由A828组成的变频器由SA28构成的变频调速系统如图所示。首先由键盘输入给定的转速(rpm),单片机把它换算成变频器将要输出的频率和电压的控制字，写入到S4828的控制寄存器,启动SA428。从RTB的6个引脚输出相应频率和电压的PWM控制信号,经驱动电路隔离后，分别控制智能功率模块IPM的6个IGT的导通与截止,最后在三个输出端上产生对称的三相SP电压，以驱动交流电动机运转。利用转速编码器可以构成闭环调速系统，提高转速控制的精度。IPM的故障检
8、测信号接到A4828的SET TRIP端,一旦M发生过流、过热、短路和欠压等情况，将立即切断SA488的6路输出信号,使IM得以保护。转速编码器图2 SA4828组成的变频器译码器24.576MVDD MUX RS电动机键盘SA4828+5V显示串口A/D上位机隔离驱动电路逆变电路IPM89C52P0WRRDALEINT0P2RSTADO7WRRDALEZPPRCSCLKVSSTRIPRTRBYTYBBTBBSTTRPUVW4 变频器的硬件设计4.1 主电路的设计电压型变频器主电路的典型结构如图3所示。目前已有许多厂商把该电路与整流电路、控制电路、驱动电路、保护电路及传感电路等集成为一个模块，
9、称为智能功率模块P(Intllgent Powr Modul)这样使主电路结构紧凑,避免了分布参数的影响。RSTUVW图3 7单元IPMRB（1）IM的特点内含驱动电路,设定最佳IBT驱动条件; 内含过流、过热、欠压、短路保护电路,出现异常时给出报警信号，以控制逆变器停止工作; 内含制动电路，可直接外接制动电阻RB;(2)IPM的选用IPM的参数由电动机的额定功率P及峰值电流I 来确定。例如，当电动机的线电压为U 20V,输出功率O22k，功率因数Cs=0.7，效率=0.时，峰值电压U= U=30V，峰值电流I =2PO ( UCos) = 18A,可选用东芝、三菱、富士的产品，规格为00V3
10、0A,7单元PM。. SPWM发生电路SPWM信号可由SA482产生，硬件连接如图2所示,软件编程详见有关资料。 驱动电路SA482输出的路控制信号是TTL电平的，它们不能直接驱动IPM中的6个IBT。原因有两个:IB需要的开关信号幅值约为1,TL电平不能胜任；逆变桥中三个下桥臂是共地的,而三个上桥臂是悬浮的,SA4828输出的6路信号均是共地的,必须加以隔离。因此驱动电路的任务有两个:电平转换和隔离。Amp图4 TLP250驱动电路1k5 25V10V86 ,7352TLP250IGBT一般用集成电路芯片来驱动,常用电路有富士公司的XB840、841、850、851系列；三菱公司的M5796
11、系列,以上各电路在很多书籍中都有介绍,不再赘述。这里介绍一种东芝公司的产品L25，电路非常简单。TLP20采用8脚的DIP封装，引脚如图4。输入端光耦的隔离电压达到30V,输入电流为50，可以驱动100A600V的GBT。它采用单电源供电，使用时须外接一个电阻和一个0的稳压管,把5V的隔离电源变为+15V的导通电压和的关断电压。4.4 隔离电源隔离电源+5V/3A 数字系统+12V/0.5A 异步通信12V/01A 异步通信+25V/50mA 上桥臂R相+25V/50mA 上桥臂Y相+25V/50mA 上桥臂B相+25V/150mA 下桥臂R,Y,B相共用图5 隔离电源A.C.220V如前所述
12、,为了驱动主电路逆变桥的三个上桥臂的GB,必须给每一路提供一个隔离的25V电源而三个下桥臂可以共用一个电源。此外,SA482及单片机系统还需要+5V电源以及异步通讯所需的2电源，一共需要路电源，如图所示。该电源可以采用线性电源,也可采用开关电源。前者体积大，笨重，但电路简单，各路电源完全独立，调试容易。后者则轻便、小巧，电路相对较复杂。采用单片开关电源芯片可大大简化电路。4.5 保护电路逆变器中的IGB模块是变频器的主要部件，也是最昂贵的部件。由于它工作在高频、高压、大电流的状态,所以也是最容易损坏的部件。因此IGBT模块的保护工作显得十分重要。为此应做到以下几点:（1）选用智能型IGB模块。
13、IM中一般都有过流、过热、短路、欠压保护电路，当任一情况发生时它能迅速给出报警信号。把该信号接到A828的ST TRI端，可立即切断SA828的6路控制信号，关闭所有的IT。（2)对428编程时，设置合理的“死区”时间和欲删除的“窄脉冲”的宽度,前者可有效防止同一桥臂上、下开关元件的共态导通;后者可降低开关损耗，减少发热。(3）在单片机的调速过程中始终监视变频器输出端的电压和电流,一旦超限将停止A4828的工作并发出报警指示。4.6速度反馈采用转速编码器对电动机进行测速,可以构成闭环调速系统。选用的编码器为每转00个脉冲，使得即便是在电动机低速运转时,也有足够的测速精度。.7数控系统数控系统以CPU为核心，配以键盘、显示、通讯等设备,完成对交流电动机的速度控制。结构框图如图2所示。这里选用了ATMEL公司的9C5单片机,它与Intel51系列单片机完全兼容。其内部配置了8的Fash Memor ，无须扩展外部存贮器。同时这种位单片机的总线结构与SA482完全兼容,可以直接相连。给定转速n可以用三种方式设定:键盘、电位器和上位机。用8位ED分别显示给定转速O和实际转速n，一目了然。系统板上提供了路2位/D通道,转速、变频器输出端的电压、电流监测各占一路,最后一路备用。系统对电动机运行状态的数据监测、调速效果、动态响应的跟踪情况都可以传送到上位机,以表格或曲线的形式输出
