1 引言
pwm(脉宽调制)技术，广泛应用在交流电机调速、开关电源、不间断供电(ups)等领域。其中pwm信号的产生是关键。随着电力电子技术的不断发展和电力电子产品的不断更新，其生成方式由过去的模拟法变成了现在的数字法。本文采用mitel公司生产的三相pwm波形发生器sa866de，加少量的外围器件和简单的软件编程，即可实现全数字化变频器的设计。电路结构简单，参数调整方便，输出波形优点多。
2 sa866de的特点及工作原理
2.1 sa866de的特点
(1) 无需微处理器;串行接口模式;所有用户设定的参数均储存在外部eeprom中。在电路不变的情况下，通过修改参数就可以改变逆变器的性能指标;有线性和二次型两种v/f特性曲线可选择，以满足不同负载的要求;大大节约了硬件成本。对于大批量应用，可工厂掩膜编程;
(2) 数字信号输入，实现12档速度输出，方向可选择;通过rc振荡电路实现加速和减速时间控制;
(3) 载波频率可达24khz;工作频率范围0~4khz;电源频率精度高达16位;可以实现宽的调速范围及无噪声运行;
(4) 双沿规则采样;可选择最小脉冲宽度和设置脉冲延迟时间;可输出纯正弦波、增强型及高效型三种波形;输出波形如图1所示。
对于一般交流电机和静止逆变器通常采用纯正弦波;
采用增强型波形，可大大提高整机的输出功率，并且可以大幅度减小电机发热，这对于散热不良的空间，减小热量积聚极为有利。
采用高效型波形，可以减小开关损耗，使用更少、更便宜的散热片。
图1(a)为纯正弦波，一般交流电机和静态逆变器通常采用这种波形;(b)为三次谐波(增强型波型)，此种波型包括3分奇次谐波，输出功率提高20%，三相谐波相互抵消，防止了电机发热;(c)为带死区的三次谐波(高效型波形)，进一步优化三次谐波，在一个周期中，高压侧和低压侧的开关保持60°的间隙，不但节省了33%的开关损耗，而且可以使用更少、更便宜的功率器件或减少散热片的体积，提高了功率开关的可靠性。
2.2 sa866de工作原理
(1) pwm产生逻辑
图2是sa866de标准工作方式的方框图。
pwm发生器是实现脉冲序列的核心。脉冲调制信号是通过比较输入参考波形和高频载波得到的。sa866de采用异步不对称规则采样的调制方法，其工作原理如图3所示。sa866de为用户提供的参考波形以数字形式存在片内rom中。sa866de使用数字调制技术，避免了使用模拟器件时产生的漂移现象。三角波(载波)由一个上/下计数器合成，并通过数字比较器和调制波进行比较。调制波在每个载波波峰上升和下降沿都进行采样，称作“双沿规则采样”。调制波以数字形式存在片内rom中(1536个采样点/360°)。开关频率被rom内特定地址的比例控制，该比例值与sa866de的载波频率无关，因此称为“异步pwm方法”。pwm波形最终输出三对互补信号分别驱动三相逆变桥的上、下开关管。每相输出控制电路由脉冲取消电路、脉冲延迟电路和功率驱动电路组成。脉冲取消电路用来将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉;脉冲延迟电路保证死区时间间隔，防止转换瞬间上、下桥臂间开关器件产生直通现象，以使逆变器可靠换相;驱动电路用于pwm波形输出功率放大，使之可直接驱动光电耦合器件，实现隔离。
(2) 速度及加速/减速控制逻辑
速度控制通过速度设置电位器由set-point端引入，经10位高速a/d转换器转换成相应的目标值。加速、减速控制主要通过一个16位幅值比较器和17位加/减计数器组成。加/减计数器的时钟由加/减速振荡器提供，加/减速速率可单独设定，由osc/clk输入状态用3种方式控制。加/减速速率设置端raccel/rdecel分别外接电阻、电容确定加/减速振荡器频率。是否实行加/减速，还应由电压监控端vmonitor和电流监控端imonitor的输入信号值共同确定。其加/减速算法流程图如图4所示。
(3) v/f控制
为了适应各种场合，保证sa866de在任何频率下都能对电压幅度进行控制，有两种v/f控制方式可以选择。线形方式和二次型方式。为了减小铜耗，基电压都设置成可调，然后电压和频率按线形关系和二次型关系上升到指定值。线形v/f操作使频率在恒转矩区上升到指定值。在恒转矩区外振幅保持最大值，但随着频率的增大，转矩不断下降，而使功率保持不变，此时被称为恒功率区。v/f特性曲线形状由一个8位精度的可编程参数决定。
(4) 模式选择
将serial脚置1或悬空不用，可以选择模式n1~n3，这三种模式均为正常工作模式，所有参数均由外部eeprom读入。将serial脚置0可以选择模式s1~s2，这两种模式均为串行工作模式，由微处理器/微控制器取代外部eeprom，串行加载初始化参数。
sa866de具有microwire三线串行接口，可与256或1024位的串联总线型eeprom兼容。eeprom的存储单元分为4页，每页为4个16位字，分别包含一套参数。页面选择通过sa866de给eeprom发送的首地址命令及所读取的位数确定，这样对于每种产品可以有四套参数供选择，由page0、page1两个逻辑管脚决定。
3 应用实例
如图5为采用sa866de芯片设计的一套简单实用的变频调速驱动装置原理图。
如图5所示，系统采用外接eeprom方式，所选eeprom为atmel公司生产的at93lc46，所有的可编程参数均存在eeprom中，page0、page1用来选择存储器93lc46的4个页面数据。系统上电或复位后，通过串行口自动下载。sa866de工作于模式n3，racc、rdec引脚接高电平，serial端悬空。trip端接一发光二极管，用来显示系统故障封锁。
系统主电路输入为引自电网的三相交流电，经整流、滤波后变为稳定的直流电提供给功率变换器件，经过功率变换器件变频后形成三相交流电驱动交流电机。功率变换器件采用集成度高的智能功率模块(ipm)，它将功率变换、栅极驱动和保护电路集为一体，具有驱动欠电压、开关过流、桥臂短路及过热等系统保护功能。sa866de的settrip端与ipm的保护输出端相连，一旦检测到保护信号在快速向sa866de发出保护高电平，高速切断电路，关断pwm输出。
控制电路是整个变频调速系统的核心，整个控制电路只需采用一片三相pwm波形发生器芯片sa866de即可实现pwm信号输出、系统保护等功能。12档速度调节通过加/减速速率设置端raccel/rdecel及电压监控端vmonitor和电流监控端imonitor很容易实现，电机的正反转通过dir端控制，因此，系统电路结构简单，控制调节方便，具有很高的智能性。
4 结束语
sa866de作为一种高集成度的交流电机变频调速控制芯片，具有成本低廉、控制简单、开发简便快捷等优点。可以满足洗衣机、电动工具、hvac设备及轻工业机械的要求，具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] mitel semiconductor。sa866de 3-phase pulse width modulation engine. november 1999.
[2] 李 宏. 电力电子设备用器件与集成电路应用指南[m]. 北京:机械工业出版社，2001.
作者简介
胡钦龙(1978-) 男 在读硕士 主要研究方向:电机及其控制。
本文关键字：发生器 设计参考，变频技术 - 设计参考
