摘要：采用智能型、高精度PWM控制器SA866和智能功率模塊PS21255,設(shè)計(jì)了小功率變頻電源。該系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，器件減少，結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的性價(jià)比和靈活的適應(yīng)性，安全可靠。
1前言
隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，逆變器的穩(wěn)定性和可靠性大幅度提高，各種逆變器在各行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛,變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展日新月異。目前最常用的是采用正弦脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM的變頻電源，利用這種變頻電源驅(qū)動(dòng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，具有效率高、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、噪聲低、響應(yīng)快、調(diào)速特性好、運(yùn)行可靠、控制特性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。SPWM技術(shù)及其控制性能越來(lái)越完善，專用PWM集成電路相繼問(wèn)世，在變頻電源和調(diào)速控制中應(yīng)用越來(lái)越廣，使系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，控制調(diào)節(jié)方便，具有很高的智能性。
(2)串行接口SDA，SCL和CS用于從EEPROM獲取數(shù)據(jù)，分別為數(shù)據(jù)，時(shí)鐘和片選信號(hào)。
(3)控制及輸出SETPOINT為頻率給定端，該腳的輸入電壓將決定系統(tǒng)的工作頻率;RACC和RDEC分別確定加速和減速的時(shí)間;RPHT、YPHT、BPHT和RPHB、YPHB、BPHB為橋臂脈沖信號(hào)輸出，其中RPHT、YPHT和BPHT分別對(duì)應(yīng)三相輸出的上橋臂;RPHB、YPHB和BPHB分別對(duì)應(yīng)三相輸出的下橋臂;DIR控制三相順序，該腳對(duì)應(yīng)高低電平有兩個(gè)方向的PWM波供用戶選擇，高電平時(shí)輸出的相序?yàn)镽—B—Y，低電平時(shí)輸出的相序?yàn)镽—Y—B。
IPM(PS21255)模塊外部端子在布局上強(qiáng)弱電分開，P及N為直流輸入端，P為正端，N為負(fù)端;U，V，W為逆變器三相輸出端;UP，VP，WP為上橋臂U，V，W各相脈沖信號(hào)輸入端;UN，VN，WN為下橋臂U，V，W各相脈沖信號(hào)輸入端;FO為故障輸出端(低電平有效)。
5電源系統(tǒng)的控制
控制電路主要包括控制電源、SA866為核心的SPWM波發(fā)生器、隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路，如圖3所示。
220V交流電經(jīng)過(guò)整流濾波得到的直流電壓作為PS21255的逆變直流電壓輸入，SA866產(chǎn)生三相互差120。的3對(duì)SPWM信號(hào)，通過(guò)光電隔離作用于PS21255控制輸入端，在PS21255的輸出端輸出三相互差120。的SPWM波來(lái)驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)。通過(guò)改變輸出頻率，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)變頻調(diào)速。PS21255具有過(guò)熱、過(guò)(欠)壓、過(guò)流和過(guò)熱檢測(cè)及保護(hù)電路。當(dāng)任何一種故障發(fā)生時(shí)，它將封鎖內(nèi)部6只IGBT管，同時(shí)送出故障信號(hào)FO。
控制電源采用7805和7815提供直流穩(wěn)壓電源。
SA866AE通過(guò)10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器和外接正反方向腳，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)和正反向切換。SA866工作于模式N3，通過(guò)外部電路接SETPOINT實(shí)現(xiàn)頻率的給定,RACC、RDEC接相應(yīng)電路實(shí)現(xiàn)頻率的加速和減速，SERIAL端懸空。所有的運(yùn)行參數(shù)，包括載波頻率、波形、最小脈沖寬度、死區(qū)脈寬和V/f曲線等都是通過(guò)外接的EEPROM編程。
系統(tǒng)采用外接EEPROM方式，EEPROM選用Atmel公司生產(chǎn)的AT93LC46，它只須+5V電壓即可工作，可重復(fù)擦寫106次。該芯片的封裝為DIP一8，其中Vcc和Vss分別為5V電源輸入的正負(fù)端，CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端，DI為數(shù)據(jù)輸入端，DO為數(shù)據(jù)輸出端，ORG為內(nèi)部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行8位或16位選擇，其相應(yīng)的引腳分別與SA866AE的SDA、CS和SCL引腳相連。所有的可編程參數(shù)均存在EEPROM中，PAGE0、PAGE1用來(lái)選擇存儲(chǔ)器93LC46的4個(gè)頁(yè)面數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在上電或復(fù)位后，通過(guò)串行口自動(dòng)下載，從EEPROM將參數(shù)字讀人SA866，并依據(jù)所設(shè)定的參數(shù)字產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖波形，以控制主電路中模塊的開或關(guān)。
為了保證逆變系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，在IPM主電路和控制電路之間設(shè)置了保護(hù)及隔離驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)IPM發(fā)生欠壓、過(guò)流、過(guò)溫、短路保護(hù)時(shí)，即UV、OC、OT、SC中任一故障時(shí)，其故障輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間tfo為1.8ms(SC持續(xù)時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些)，此時(shí)間內(nèi)IPM會(huì)封鎖門極驅(qū)動(dòng)，關(guān)斷IPM。故障輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，IPM內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位，門極驅(qū)動(dòng)通道開放。因此器件自身產(chǎn)生的故障信號(hào)是非保持性的，如果tfo結(jié)束后故障源仍舊沒(méi)有排除，IPM就會(huì)重復(fù)自動(dòng)保護(hù)過(guò)程，反復(fù)動(dòng)作。過(guò)流、短路、過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作都是非常惡劣的運(yùn)行狀況，應(yīng)避免其反復(fù)動(dòng)作，因此僅靠IPM內(nèi)部保護(hù)電路還不能完全實(shí)現(xiàn)器件的自我保護(hù)。要使系統(tǒng)真正安全、可靠運(yùn)行，需要輔助的外圍保護(hù)電路。
由于輸入電壓和反饋能量都將直接反映在直流環(huán)節(jié)上，所以，整個(gè)系統(tǒng)的電壓電流檢測(cè)及保護(hù)取樣均集中在直流環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)中，在SPWM接口電路SA866前置一級(jí)帶控制端的高速光耦6N137，使得SA866產(chǎn)生的SPWM信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離放大后驅(qū)動(dòng)IPM的三相6路脈沖信號(hào)輸入端。IPM的故障輸出信號(hào)FO送入可控光耦6N137，經(jīng)隔離后與SA866的SETTRIP端相連，當(dāng)IPM故障報(bào)警時(shí)，信號(hào)FO快速向SA866發(fā)出保護(hù)高電平，快速切斷SPWM的控制信號(hào)通道，關(guān)斷IPM，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)功能。
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