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1、T、几、1前言智能化全数字式专用变频器的设计（1）考为了提高变频器的工作可靠性和控制精度，采用智能化数字化设计，同时也结合小型化的特点，主功率器件采用智能功率模块（IPM）PM20CSJ060。输入为单相220V交流，经单相全桥整流器整流后供给智能功率模块，输出为三相220V交流，接0.5kW三相异步电动机（改为接法）（2）采用8位单片机51作为系统CPU用来管理系统，它具有运算速度快，精度高，指令功能强等特点。并带有A/D转换器，可以完成模拟量和数字量信号的检测。控制运算及数据处理，保护功能的逻辑判断，给PWM产生电路SA4828送设定和控制数据，以及管理键盘和数码显示等功能。（3）SPWM
2、波发生器采用英国MITEL公司的增强型运动控制大规模集成电路SA4828。该芯片作为一种独立于微处理器的外设形式工作，但它可以受控于任何类型的微处理器而几乎不需要附加任何逻辑电路。管脚的配置使其能适用于大部分总线格式，包括复用的地址/数据总线格式和RD/WR或R/W控制模式。由于仅在改变运行状态时需要微处理器的介入，因此工作时芯片几乎不占用CPU的资源。SA4828采用全数字化操作，载波频率可达24kHz。内部ROM中存有三种可选的输出电源波形，谐波抑制技术可减少功率器件的损耗。16位频率控制精度，三个独立的幅值寄存器可进行三相不平衡补偿。利用SA4828设计的变频器硬件结构图如图1所示。3S
3、A4828的功能特点及工作原理3.1SA4828管脚图及管脚功能说明SA4828管脚图如图2所示。管脚功能说明见表1o3.2SA4828内部结构框图及工作原理2电灿EiO|卩机或Ltll电源|iliutHR咖波用快連关斯外部R0H_曲1变関变压DCLlhk迹变罟IT!就内嶺班川；ROM的槪处呷料m：mSA4H2H他址时创隐红T(A1-AD)JT-糸96.3Hz叮选抒的外iSROM隊离車儿ADj匚12BJAD.；All匚227AD-A&匚i*JAfJ.A&匚斗2JViu.AD-.匚243MUX碗匚6233RS防匚722JZPPRALI：匚g21W豁审匚920JRPLITCI.K匚1019JSRr
4、TRll1csCII1$YPHTTFTF匚1217JbiinRPFIB匚13163也YPHB匚14IS3DIUB图1采用SA4828的变频器硬件结构框图图2SA4828管脚图图3为SA4828的内部结构框图，从图中可以看到SA4828主要由三部分构成：（1）接收并存储微处理器命令（控制字）的部分，它主要由总线控制、总线译码、暂存器RO、R1R5，虚拟寄存器R14、R15及32位初始化寄存器和48位控制寄存器构成；（2）从波形ROMS读取调制波形的部分，它由地址发生器和波形解压缩缓冲器构成；（3）三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路，每相输出控制电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路组成。SA4828
5、芯片具有并行的接口与微处理器进行通信。该接口和几乎所有工业标准的微处理器诸如8051、8096、6805、68000和TMS320等兼容而不需要考虑总线的宽度及增加额外的逻辑电路。大多数的数据总线结构可分为复用地址/数据总线和独立的地址/数据总线，而大部分的微处理器不是WR/RD结构就是R/W结构；而该芯片设计成可以与上述四种组合中的任一种配合使用。通过一个配置引脚（MUX）和一个寄存器选择引脚（RS）的状态来区别所有的总线格式。更重要的是，在系统异常情况（过流或过压）下，一个紧急关断输入（SETTRIP）能不受微处理器的控制而迅速关断所有的PWM输出，这很好地解决了变频器的快速保护，避免了因
6、CPU中断服务指令周期所造成的延误。3.3SA4828芯片的控制功能对SA4828芯片的控制是通过微处理器接口将数据送入内部的两个寄存器来实现的。它们是初始化寄存器和控制寄存器。引脚名称类型功能引脚名称类型功能1AD3I地址/数据复用15BPHBO蓝色相，下电源开关2AD4I地址/数据复用16VSSP电源负极（0V）3AD5I地址/数据复用17BPHTO蓝色相，上功率开关4AD6I地址/数据复用18YPHTO黄色相，上功率开关5AD7I地址/数据复用19SETTRIPI置输出断开6WRI写选通20RPHTO红色相，上功率开关7RDI读选通21WSSO同步波形采样8ALEI地址锁存选通22ZPP
7、RO过零脉冲（红色相）9RSTI硬件中断23RSI寄存器选择10CLKI时钟输入24MUXI总线选择11CSI片选25VDDP电源正极12TRIPO关断状态26AD0I地址/数据复用13RPHBO红色相，下功率开关27AD1I地址/数据复用14YPHBO黄色相，下功率开关28AD2I地址/数据复用表1SA4828管脚说明图3SA4828芯片内部框图初始化寄存器用于设定和电机及逆变器有关的一些基本参数，这些参数在电机工作前就被初始化，并且在电机工作时一般不允许改变。控制寄存器在电机工作过程中控制脉宽调制波的状态，从而进一步控制电机的运行，比如转速，正/反转，起动和停止等。通常在电机工作时寄存器的
8、内容经常被改写以实现对电机的实时控制。由于受到8位数据接口的限制，数据需首先读入六个临时寄存器RO、R1R5中，这些数据随即被送入相应的初始化寄存器或控制寄存器。新的数据只有在写入对应的寄存器中时才能真正地发挥作用。数据的传送是通过写入虚拟寄存器的操作来实现的。如写寄存器R14是将初始化数据传送到初始化寄存器中，写寄存器R15则是将控制数据传送到控制寄存器中。由于R14、R15并不是实际的寄存器，因此什么数据被写入并不重要，往这里写数据的操作才真正执行往初始化寄存器或控制寄存器中传送数据的操作。（1）初始化寄存器的编程初始化寄存器将确定如下参数：载波频率，电源频率范围，脉冲延迟时间，脉冲取消时
9、间，波形选择，医学治疗仪专用变频器的研制幅值控制，计数器复位（这个功能可使SA4828内部将调制频率计数器置为0,此时禁止正常的频率控制操作,每一相输出占空比为50%的脉冲），软件复位等。这些参数由相应的控制字确定，而这些控制字在送到32位初始化寄存器之前，先要分别送到4个8位寄存器R0、R1、R2和R3中。其内容如表2所示：表2寄存器内容76543210ROFRS2FRS1FRSOxxCFS2CFS1CFSOR1xPDT6PDT5PDT4PDT3PDT2PDT1PDTOR2xxPDY5PDY4PDY3PDY2PDY1PDYOR3RSTCRACOPT1OPTOxWS1WSO注:不用的位（X）应
10、该写入0,这样可与以后的产品保持代码兼容。 载波频率选择R0中的CFS字称为载波频率选择字，设n为与CFS字相对应的十进制数，则实际载波频率fc为：512K2fc=式中fk为外部时钟频率。 输出电源频率范围选择R0中的FRS字称为电源频率范围选择字，设m为与FRS字相对应的十进制数，则实际的输出电源频率fr范围为：fr= 脉冲延迟时间选择R2中的PDY字为脉冲延迟时间选择字，设x为与PDY字相对应的十进制值，则实际的脉冲延迟时间Tpdy由下式确定：Tpdy= 脉冲取消时间选择R1中的PDT字为脉冲取消时间选择字，设y为与PDT字相对应的十进制值，则实际的脉冲取消时间Tpdt由下式确定：Tpdt
11、=应该指出的是，由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后（见图3），故输出的PWM脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲取消时间为窄，这个实际的最小脉冲宽度为TpdtTpdy。 波形选择R3中的WSl、WS0两位用于确定输出的电源波形，详见表3。波形可由具体的数学表达式来表示，具体的形状见图4。表3WS1、WSO确定的输出电源波形WS1WSO波形OO正弦波（默认值）O1三次谐波（谐波送加）10带死区的三次谐波11留给用户波形 幅值控制(AC)R3中的幅值控制位(AC)定义了三相波形幅值的受控方式。当AC=0(芯片默认值)时，控制寄存器内红色相幅值，寄存器用于控制所有三相调制频率的幅值。而当AC=1时，采
12、用三个独立的幅值寄存器分别控制对应相调制频率的幅值。 计数器复位(CR)当R3中的计数器复位CR=1时，红色相相位计数器设置为0,此时禁止正常的频率控制操作,每一相输出占空比为50%的脉冲. 软件复位(RST)R3中的RST=1时,将整个芯片复位为初始化默认状态，它的效果与硬件复位脚RST等同。(2) 控制寄存器的编程控制寄存器是一个48位寄存器，控制寄存器的数据以8位为一个单元分别读入临时寄存器R0R5中，然后通过写虚拟寄存器R15将R0R5中的数据图4SA4828的内部调制波形(a)正弦波(b)基波加三次谐波(c)带有死区的基波加三次谐波76543210R0PFS7PFS6PFS5PFS4
13、PFS3PFS2PFS1PFS0R1PFS15PFS14PFS13PFS12PFS11PFS10PFS9PFS8R2xxxxxxINHF/RR3RAMP7RAMP6RAMP5RAMP4RAMP3RAMP2RAMP1RAMP0R4BAMP7BAMP6BAMP5BAMP4BAMP3BAMP2BAMP1BAMP0R5YAMP7YAMP6YAMP5YAMP4YAMP3YAMP2YAMP1YAMP0传送到控制寄存器。其内容如表4所示。 电源频率选择输出电源频率可在最大电源频率范围内线性地调节，它由一个16位的电源频率选择字PFS决定,整个电源频率范围被划分为65536等分。由于PFS字跨越两个临时寄存器
14、RO、R1,所以当改变输出电源频率时，必须在写虚似寄存器R15之前同时刷新这两个临时寄存器的值。-厶x电源频率fp由下式决定：负fp=Pfs式中：Pfs为16位PFS选择字的十进制值。 电源幅值选择斗输出电源的幅值正比于内部ROM中的采样值和8位幅值选择字（RAMP、BAMP、YAMP）的值。幅值的百分比计算公式如下：APOWER=1OO%式中：A为8位幅值选择字的十进制值。值得注意的是，初始化寄存器中的幅值控制位（AC）决定了红色相幅值寄存器的值是否用于控制所有的三相输出幅值。 正/反转选择三相PWM输出的相位决定于R2中的F/R选择位：F/R=O正转相序为红黄兰；F/R=1反转相序为兰黄红。在正反转切换时，输出波形仍保持连续。 输出禁止选择当R2中的输出禁止位（INH）有效（为1）时，所有的PWM输出变为低电平状态，而芯片内部其他操作并不受影响。该位被释放后所有的输出立即恢复原状。需要注意的是，输出
