高精度三相PWM波形產(chǎn)生器SA4828在逆變器中的應(yīng)用

摘要：SA4828是Mitel公司生產(chǎn)的三相PWM波開產(chǎn)生器，它可提供高質(zhì)量，全數(shù)字的三相脈寬調(diào)制波形，而且編程簡(jiǎn)單方便，修改靈活，文中介紹SA4828的原理及其應(yīng)用在逆變器中的軟、硬件設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制（PWM） 控制 逆變 SA4828

1 引言

脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)在逆變電路中得到廣泛的應(yīng)用，其波形產(chǎn)生方法有兩種：一是模擬方法，二是數(shù)字方法。模擬方法電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)精確控制。數(shù)字方法則克服了上述缺點(diǎn)。MITEL公司生產(chǎn)的SA系統(tǒng)PWM波形產(chǎn)生器具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，其中SA4828是主要用于變頻調(diào)速、逆變電源及UPS等工業(yè)領(lǐng)域的高精度PWM波形產(chǎn)生器。

2 SA4828的主要特點(diǎn)及控制方法

2.1 SA4828的主要特點(diǎn)

和Mitel公司的先前產(chǎn)品SA828相比，SA4828主要具有以下特點(diǎn)：

● 具有增強(qiáng)型微處理器接口，可與更多的單片機(jī)兼容；

● 將調(diào)制波頻率的分辨率提高到16位。

● 由于采用了可由用戶選擇的三相幅值獨(dú)立控制方式，因而使得了三相逆變器可用于任意不對(duì)稱負(fù)載；

● 有三種可供選擇的波形，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合；

● 可提供軟件復(fù)位功能；

● 內(nèi)置“看門狗定時(shí)器以加強(qiáng)監(jiān)控，從而提高了可靠性。

2.2 SA4828芯片的控制方法

對(duì)SA4828的控制是通過微處理器接口將數(shù)據(jù)送入芯片和兩個(gè)寄存器（初始化寄存器和控制寄存器）來實(shí)現(xiàn)的。初始化寄存器用于設(shè)定與逆變器有關(guān)的一些基本參數(shù)，這些參數(shù)在PWM輸出端允許輸出前初始化，逆變器工作以后不允許改變。

控制寄存器在工作過程中控制輸出脈寬調(diào)制波的狀態(tài)，從而進(jìn)一步控制逆變器的運(yùn)行狀態(tài)。通常在工作該寄存器內(nèi)容常被改寫以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

參數(shù)是通過8個(gè)暫存器R0、R2、R3、R4R、5R、R14、R15來傳送的，初始化參數(shù)先被寫入R0、R2……R5，然后通過對(duì)R14的寫操作將參數(shù)送入初始化寄存器，最后再將控制參數(shù)寫入R0、R1……R5，并通過對(duì)R15的寫操作將參數(shù)送入控制寄存器。各控制寄存器的地址如表1所列。

表1 SA4828的寄存器地址

3 參數(shù)設(shè)置

3.1 初始化參數(shù)的設(shè)置

表2為初始化參數(shù)在各個(gè)寄存器中的空間分配表?，F(xiàn)將各參數(shù)作一說明。

表2 初始化參數(shù)空間分配表

a. 載波頻率（CFS）

載波頻率fcarr的值由下式給出：

fcarr=fclk/(512×2 n+1)

式中；fclk是輸入的時(shí)鐘頻率。N的值為對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制CFS值的十進(jìn)制自然數(shù)0～7。

b. 電源頻率范圍（FRS）

電源頻率范圍frange的值由下式給出：

frange=2 mfcarr/384 式中：m的值為與二進(jìn)制的FRS值對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制自然數(shù)0～6。

c. 脈沖延遲時(shí)間（PDY）

脈沖延遲時(shí)間tpdy的值由下式給出：

tpdy=(63-k)/512fcarr

式中，k的值為與二進(jìn)制的PDY值對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制自然數(shù)0～63。

d. 脈沖取消時(shí)間（PDT）

脈沖取消時(shí)間tpd由下式給出：

tpd=(127-L)/512fcarr

式中，L的值為與二進(jìn)制的PDT值對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制自然數(shù)0～127。

e. 波形選擇（WS）

輸出波形選擇控制字如表3所列。

表3 波形選擇表

f. 幅值控制（AC）

當(dāng)AC=0時(shí)，三相幅值均由R相幅值暫存器R3控制。而B相幅值暫存器R4和Y相幅值暫存器R5內(nèi)容無效。

當(dāng)AC=1時(shí)，三個(gè)幅值暫存器獨(dú)立控制各自的幅值，該方式適用于三相不平衡負(fù)載。

g. 看門狗定時(shí)器的時(shí)間設(shè)置（WD）

看門狗定時(shí)器的時(shí)間twd由下式給出：

twd=1024TIM/fclk

式中，fclk是輸入的時(shí)鐘頻率，TIM是16位二進(jìn)制數(shù)WD（WD15、WD14……WD0）對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

如果在twd時(shí)間內(nèi)未對(duì)定時(shí)器中的數(shù)據(jù)更新（表明程序執(zhí)行不正常），則定時(shí)器溢出，系統(tǒng)關(guān)斷PWM輸出。

3.2 控制參數(shù)的設(shè)置

各控制參數(shù)在暫存器R0……R5的空間分配如表4所列。其參數(shù)說明如下：

表4 控制參數(shù)空間分配表

a. 電源頻率（PFS）

電源頻率fpower的值由下式給出：

fpower=frange×PFS/65535

式中，frange為電源頻率范圍。PFS是16位與二進(jìn)制（PFS15、PFS0）對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的值。

b. 電源幅值（RAMP、YAMP、BAMP）

各項(xiàng)幅值的百分比計(jì)算公式如下：

Apower=A×100%/255

式中，A是8位幅值選擇字（AMP7、AMP6……AMP0）對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制的值。

c. 相序選擇（F/R）

三相PWM輸出的相序受控于正/反轉(zhuǎn)選擇位F/R，該位為0時(shí)，相序?yàn)榧t→黃→藍(lán)；反之，相序?yàn)樗{(lán)→黃→紅。

d. 輸出禁止位（INH）

該位有效時(shí)（為“0），所有的PWM輸出變?yōu)榈碗娖?，但不影響其它操作。一旦設(shè)置無效，輸出立即恢復(fù)。

e. 計(jì)數(shù)器復(fù)位（CR）

當(dāng)計(jì)數(shù)器復(fù)位位（CR）為“0時(shí)，紅相相位計(jì)數(shù)器設(shè)置為“0”。

f. 軟件復(fù)位（RST）

當(dāng)該位有效時(shí)（為“1”），芯片復(fù)原為初始時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)，它的效果與硬件復(fù)位腳相同

g.看門狗定時(shí)器選擇（WTE）

當(dāng)該位有效時(shí)（為“1”），看門狗定時(shí)器被啟用；反之，看門狗定時(shí)器被禁止。

4 系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)硬件連接方案

SA4828用在逆變器上的連接電路如圖1所示。圖中，AC交流信號(hào)經(jīng)整流、逆變、隔離（對(duì)于UPS和逆變器而言，若用于變頻調(diào)速，則不需要隔離電路）后輸出，在控制電路中，單片機(jī)不但用來完成對(duì)SA4828的初始化、輸出脈寬和頻率的控制，還要處理采樣數(shù)據(jù)以形成閉環(huán)控制，完成對(duì)保護(hù)信號(hào)的邏輯檢測(cè)。由于51系統(tǒng)單片機(jī)都是地址、數(shù)據(jù)復(fù)用總線模式，故將MUX、RS引線連到高電平。SETTRIP用來快速關(guān)斷PWM輸出，當(dāng)其有效時(shí)，TRIP端輸出高電平，指示燈亮。

4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)逆變控制的核心，它決定著逆變器的輸出特性。圖2給出了本系統(tǒng)的程序流程圖。

從程序流程圖中可看出：?jiǎn)纹瑱C(jī)先將SA4828復(fù)位，在向其傳送初始化參數(shù)和控制參數(shù)之后SA4828即可輸出PWM波形，逆變器隨后將處于工作狀態(tài)，這時(shí)單片機(jī)應(yīng)不斷查詢輸出狀態(tài)，以便隨時(shí)調(diào)速PWM輸出特性，以滿足系統(tǒng)要求；只要系統(tǒng)工作正常，看門狗定時(shí)器就不斷被更新，以防止其溢出而中斷PWM輸出。

5 結(jié)論

SA4828可以提供高質(zhì)量、全數(shù)字化的三相脈寬調(diào)制波形，并能實(shí)現(xiàn)精確控制，以構(gòu)成性能優(yōu)異的逆變系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制電路使用器件少，因而可降低成本、提高可靠性。另外，芯片提供的SETTRIP端在異常情況下可越過CPU的控制而直接關(guān)斷PWM輸出，因而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。