摘要：采用智能型、高精度PWM控制器SA866和智能功率模塊PS21255,設計了小功率變頻電源。該系統(tǒng)硬件電路簡單，器件減少，結構緊湊，具有較高的性價比和靈活的適應性，安全可靠。
1前言
隨著電力電子技術、微電子技術和控制理論的發(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)中應用十分廣泛,變頻調速技術發(fā)展日新月異。目前最常用的是采用正弦脈寬調制技術SPWM的變頻電源，利用這種變頻電源驅動的電力拖動系統(tǒng)，具有效率高、轉矩波動小、噪聲低、響應快、調速特性好、運行可靠、控制特性優(yōu)良等優(yōu)點。SPWM技術及其控制性能越來越完善，專用PWM集成電路相繼問世，在變頻電源和調速控制中應用越來越廣，使系統(tǒng)電路簡單，控制調節(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)，時鐘和片選信號。
(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間;RPHT、YPHT、BPHT和RPHB、YPHB、BPHB為橋臂脈沖信號輸出，其中RPHT、YPHT和BPHT分別對應三相輸出的上橋臂;RPHB、YPHB和BPHB分別對應三相輸出的下橋臂;DIR控制三相順序，該腳對應高低電平有兩個方向的PWM波供用戶選擇，高電平時輸出的相序為R—B—Y，低電平時輸出的相序為R—Y—B。
IPM(PS21255)模塊外部端子在布局上強弱電分開，P及N為直流輸入端，P為正端，N為負端;U，V，W為逆變器三相輸出端;UP，VP，WP為上橋臂U，V，W各相脈沖信號輸入端;UN，VN，WN為下橋臂U，V，W各相脈沖信號輸入端;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、隔離驅動及保護電路，如圖3所示。
220V交流電經過整流濾波得到的直流電壓作為PS21255的逆變直流電壓輸入，SA866產生三相互差120。的3對SPWM信號，通過光電隔離作用于PS21255控制輸入端，在PS21255的輸出端輸出三相互差120。的SPWM波來驅動異步電機。通過改變輸出頻率，實現(xiàn)異步電機變頻調速。PS21255具有過熱、過(欠)壓、過流和過熱檢測及保護電路。當任何一種故障發(fā)生時，它將封鎖內部6只IGBT管，同時送出故障信號FO。
控制電源采用7805和7815提供直流穩(wěn)壓電源。
SA866AE通過10位數(shù)模轉換器和外接正反方向腳，可實現(xiàn)轉速的連續(xù)調節(jié)和正反向切換。SA866工作于模式N3，通過外部電路接SETPOINT實現(xiàn)頻率的給定,RACC、RDEC接相應電路實現(xiàn)頻率的加速和減速，SERIAL端懸空。所有的運行參數(shù)，包括載波頻率、波形、最小脈沖寬度、死區(qū)脈寬和V/f曲線等都是通過外接的EEPROM編程。
系統(tǒng)采用外接EEPROM方式，EEPROM選用Atmel公司生產的AT93LC46，它只須+5V電壓即可工作，可重復擦寫106次。該芯片的封裝為DIP一8，其中Vcc和Vss分別為5V電源輸入的正負端，CLK為時鐘信號輸入端，DI為數(shù)據(jù)輸入端，DO為數(shù)據(jù)輸出端，ORG為內部數(shù)據(jù)的存儲結構，可進行8位或16位選擇，其相應的引腳分別與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用來選擇存儲器93LC46的4個頁面數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在上電或復位后，通過串行口自動下載，從EEPROM將參數(shù)字讀人SA866，并依據(jù)所設定的參數(shù)字產生相應的脈沖波形，以控制主電路中模塊的開或關。
為了保證逆變系統(tǒng)安全可靠運行，在IPM主電路和控制電路之間設置了保護及隔離驅動電路。當IPM發(fā)生欠壓、過流、過溫、短路保護時，即UV、OC、OT、SC中任一故障時，其故障輸出信號持續(xù)時間tfo為1.8ms(SC持續(xù)時間會長一些)，此時間內IPM會封鎖門極驅動，關斷IPM。故障輸出信號持續(xù)時間結束后，IPM內部自動復位，門極驅動通道開放。因此器件自身產生的故障信號是非保持性的，如果tfo結束后故障源仍舊沒有排除，IPM就會重復自動保護過程，反復動作。過流、短路、過熱保護動作都是非常惡劣的運行狀況，應避免其反復動作，因此僅靠IPM內部保護電路還不能完全實現(xiàn)器件的自我保護。要使系統(tǒng)真正安全、可靠運行，需要輔助的外圍保護電路。
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，整個系統(tǒng)的電壓電流檢測及保護取樣均集中在直流環(huán)節(jié)。本設計中，在SPWM接口電路SA866前置一級帶控制端的高速光耦6N137，使得SA866產生的SPWM信號經過隔離放大后驅動IPM的三相6路脈沖信號輸入端。IPM的故障輸出信號FO送入可控光耦6N137，經隔離后與SA866的SETTRIP端相連，當IPM故障報警時，信號FO快速向SA866發(fā)出保護高電平，快速切斷SPWM的控制信號通道，關斷IPM，實現(xiàn)了保護功能。
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