Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,第二章 电力电子变频器及PWM控制原理,山东大学,2.5 三相SPWM专用集成电路,SPWM专用集成电路芯片用一片集成电路加上少量的外围器件生成SPWM波形，大大简化了电路和设计成本SA4828,SM2001,一、SA4828及其应用,SA4828是一种新型三相SPWM芯片SA系列（如SA8281，SA8282，SA4828等）PWM波形发生器具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，其中,SA4828,主要用于变频调速、逆变电源及UPS等工业领域SA4828的功能特点,全数字操作,SA4828通过数据总线连接到微处理器/微控制器，SPWM波形生成采用全数字化规则采样方式，避免了模拟电路中存在的漂移问题，使它的脉冲具有很高的精确性和稳定性工作频率范围宽,三角载波频率最高频率可达24kHz，输出调制波频率范围可达4kHz，分辨率达到16位SA4828的功能特点,工作方式灵活,6路PWM输出,管脚均,具有12mA的驱动能力,，可直接驱动用于隔离的光电耦合器件。
其工作参数，如载波频率、调制波频率范围、脉冲延迟时间等，可由微处理器以向其写入控制字的方式方便地确定或修改，不需外加任何电路SA4828的功能特点,ROM内置波形,调制波形以数字形式存储在片内ROM上，采用异步调制方式三种SPWM波形输出,标准正弦波,增强型波形：通过采用谐波注入技术使逆变器直流电压得到充分利用；,高效型波形：又称带死区的增强波形，它可以节省33的开关损耗SA4828的内部结构、引脚说明,SA4828主要由三部分构成：,接收并存储微处理器命令（控制字）主要由总线控制，总线译码，暂存器R0R5，虚拟寄存器R14、R15及48位初始化寄存器和48位控制寄存器组成；,读取波形部分由地址发生器和片内波形ROM组成；,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2.5,三相,SPWM,专用集成电路,引脚说明：,MUX：,总线选择用来区分多路和非多路总线数据总线模式可以分为两种：多路复用的地址/数据总线或者分别的地址和数据总线RS：,用于在非多路总线模式中定义输入字节是地址（,“,0,”,）还是数据（,“,1,”,），这时它一般被连接到一条地址线上。
在多路模式中，它被内置为高电平SET TRIP,：封锁控制，高有效,高电平启动输出封锁锁存，使 输出和六个,PWM,输出立即锁定为低当不用,SET TRIP,时，必须将其保持在低电平，不能悬浮指示输出封锁锁存器的状态，低电平有效RPHT：红色相（上功率开关）;YPHT：黄色相（上功率开关）,BPHT：蓝色相（上功率开关）;RPHB：红色相（下功率开关）,YPHB：黄色相（下功率开关）;BPHB：蓝色相（下功率开关,）,初始化寄存器的设置,在工作之前，首先需要向初始化寄存器写入命令字，来设定与电机和逆变器有关的基本参数,初始化寄存器是一个,48,位的寄存器，各命令字需要先写入,6,个暂存器（,R0,R5,），然后再同时传送给初始化寄存器初始化寄存器的设置,初始化寄存器的设置,（1）载波频率设定（,CFS,）：,设定字由,CFS0CFS2,三位组成载波频率给出如下：,（,2-29,）,由上式求出,n,值，,n,值的二进制数即为载波频率设定字2,）调制波频率范围（,FRS,）,调制波频率范围设定字由,FRS0FRS2,三位组成计算如下：,（,2-30,）,由上式求得,m,值m,值的二进制数即为电源频率范围设定字。
3）脉冲延迟时间的设定（,PDY,）,该设定字是由,PDY0PDY5,六位组成脉冲延迟时间给出如下：,由上式求得,PDY,值它的二进制数即是脉冲延迟时间设定字4）最小脉宽删除时间（PDT）最小删除脉宽设定字是由PDT0PDT6七位组成最小脉冲删除时间给出如下：,由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后，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窄5,）波形选择字SA4828,内部有三种可选的调制波形波形选择字由,WS0,、,WS1,两位组成，可以通过表,2-12,来进行选择图2-36 SA4828内部调制波形,正弦波,增强型,高效型,f,(t),f,(t),f,(t),A,A,0,180,0,180,360,180,0,360,360,60,120,60,120,240,300,240,300,WS1,WS0,波形,0,0,正弦波（默认）,0,1,增强型,1,0,高效型（减少开关损耗）,1,1,保留,（6）幅值控制位（AC）,当AC0时，控制寄存器中的红相位可控制所有三相的幅值当AC1时，控制寄存器中的红、黄、蓝相位分别控制各自的幅值7,）看门狗时间常数的设定（,WD,）时间常数由,WD0WDl5,共十六位组成，定时时间由如下公式给出：,如果用,25MHz,主频时，时间常数范围为,41s268s,。
控制寄存器的,WTE,位可以控制看门狗有效或无效控制寄存器编程，包括,调制波频率选择;调制波幅值选择;正反转选择,计数器复位控制;看门狗选择;软复位控制,2.5,三相,SPWM,专用集成电路,SM2001,及其应用,SM2001,是国内开发的可产生三相正弦,PWM,驱动波形的大规模集成电路芯片普通正弦波和高效电机驱动波,两种波形可供选择SM2001,RST,CS,CK,DA,OE,INT,WVS,VDD,VDD,UT,VT,WT,UB,WB,CLK,GND,VB,GND,图2-38 SM2001引脚分布图,CK：串口时钟，上升沿锁入数据,DA：串口数据,OE：输出控制，为高允许PWM输出,INT：异常中断，下降沿触发,WVS：内部波形选择，高效/普通,SM2001,可广泛用于交流异步电机的变频驱动，如变频空调、变频冰箱和变频洗衣机的控制驱动，各类工业水泵、风机的变频驱动，各类不间断逆变电源（,UPS,）等2.6,单片机和DSP用于PWM信号生成,一般而言，,PWM,算法占用较多,CPU,时间，若用软件直接生成,PWM,信号，需要采用多字长、运算速度高的微处理器来实现高质量的信号输出本节介绍两种高性能微处理器的,PWM,信号生成方法：,80C196MC,单片机,TMS320F2407A,2.6.1 80C196MC单片机生成SPWM波形,80C196MC是Intel公司专为三相电机变频调速设计的16位单片机。
地址和数据总线都为16位,晶振频率可达16M,有64K字节的程序存贮器和数据存贮器空间,片内包括512字节的RAM，160字节的特殊功能寄存器组,13路模拟输入通道，2个16位定时器,1个三相波形发生器（WFG）,2.6.1 80C196MC单片机生成SPWM波形,三相,SPWM,波形是由,U,、,V,、,W,三个单相,SPWM,波形发生器生成图2-41 SPWM波形输出示意图,外部中断,保护请求,外部中断输入,各载波周期,中断请求,U,+,t,d,t,d,U,-,t,d,三角波发生,U,相脉冲,比较及生成,脉宽值设定,死区时间,发生器,死区互锁，脉,冲分配与输出,方式控制,保护电路,三相互补,SPWM,波发生器可通过,P6,口直接输出六路,SPWM,信号，每路驱动电流可达,20mA,事件处理阵列,EPA,有两个,16,位双向定时,/,计数器,T,1,和,T,2,，其中,T,1,可工作在晶振时钟模式，用于直接处理光电码盘输出的两路相位移为,90,的脉冲信号，这在速度闭环变频调速系统中非常有用2.6.1 80C196MC单片机生成SPWM波形,2.6.2,TMS320LF2407A DSP,实现,SVPWM,TMS320LF2407A DSP,芯片是,TI,公司推出的,16,位定点数字信号处理芯片。
主要特点如下：,（,1,）两个可用于电动机控制的事件管理器，每一个都包含：,2,个,16,位通用定时器；,8,个,16,位脉宽调制输出通道；,1,个能够快速封锁输出的外部引脚；能防止上下桥臂直通的可编程死区功能；,1,个增量式光电位置编码器接口2）采用了高性能静态CMOS技术，使供电电压降为3.3V，减少了控制器功耗；40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns，提高了控制器的实时控制能力3）片内有32K字的Flash程序存储器，2.5K字的数据/程序RAM4）看门狗定时器（WDT）模块，保证系统的可靠性2.6.2,TMS320LF2407A DSP,实现,SVPWM,（,5,）可扩展,192K,字的外部存储器，分别为,64K,字程序存储器，,64K,字数据存储器和,64K,字,I/O,寻址空间6,）,10,位,ADC,转换器最小转换时间为,375ns,，可选择由两个事件管理器来触发两个,8,通道输入,A/D,转换器或一个,16,通道输入的,A/D,转换器7,）,CAN,总线控制器可以为控制器、传感器、激励源以及其它节点提供良好的通讯8,）,5,个外部中断（两个驱动保护、两个可屏蔽中断和复位）。
9,）其它优点：,SCI,异步串行口提供全双工数据传输功能；,SPI,同步串行口提供可变长度和速率的串行数据输入和输出一般可用于,DSP,之间以及,DSP,和外设、控制器之间的高速数据传输,基于,TMS320LF2407A,实现,SVPWM,首先确定参考输出电压矢量所在的扇区以决定开关时刻和开关顺序若参考输出电压矢量以幅值和相角的形式给出，其所在的扇区可直接由相角求出；,若参考电压输出以矢量形式给出，如输出电压所在扇区由,-,坐标中的内部电流控制环得出，则可以采用下列算法决定电压矢量所在扇区2.6.2,TMS320LF2407A DSP,实现,SVPWM,第一步，根据以下各式计算参考值,U,ref1,、,U,ref2,和,U,ref3,：,其中，,U,和,U,是三相,ABC,坐标系中的相电压转换到,平面直角坐标系中的分量第二步，计算,N,：,式中，,sign(,x,),是符号函数第三步，参照表,2-15,根据,N,数值可以得到,U,out,所在的扇区表2-15 由,N,确定扇区值,N,1,2,3,4,5,6,扇区,II,VI,I,IV,III,V,u,3,(010),u,4,(011),u,6,(101),u,1,(100),u,5,(001),u,0,(000),u,7,(111),t,1,t,2,U,out,u,2,(110),2.6.2,TMS320LF2407A DSP,实现,SVPWM,1采用软件方法实现SVPWM,根据不同的零矢量使用方法，可产生多种电压空间矢量PWM波形。
一般的选择原则是：尽可能使功率开关管的开关次数最少；任意一次电压空间矢量的变化只能有一个桥臂的开关管动作目前最流行的是对称七段式的电压空间矢量PWMt,0,/4,t,1,/2,t,2,/2,t,0,/2,t,2,/2,t,1,/2,t,0,/4,(000),(110),(000),(111),(110),u,0,u,1,u,1,u,7,u,2,(100),u,0,u,2,(100),(a)I,扇区,U,3,(010),U,4,(011),U,6,(101),U,1,(100),U,5,(001),u,0,(000),u,7,(111),t,1,t,2,U,out,U,2,(110),对称七段式的电压空间矢量PWM，它由三段零矢量和四段相邻的两个非零矢量组成.,2.6.2,TMS320LF2407A DSP,实现,SVPWM,具体步骤：,1）,初始化比较单元和用作产生对称,PWM,的通用定时器：配置。