单片机与SA8282控制的SPWM变频电源
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摘 要:介绍以8051为控制器,结合专用的SPWM集成电路,设计三相SPWM变频电源。系统主电路形式采用AC_DC_AC结构,逆变部分选用IGBT单元模块加上并联缓冲电路,输入采用三相全波不可控整流电路,提高了系统的功率因数。系统控制电路由MCS-51系列的8051单片机最小系统和SA4828三相SPWM产生器及少量的扩展芯片构成,使得控制系统简单可靠,使用灵活,适用性强,具有良好的应用前景。
关键词:电源;SPWM;控制器;单片机最小系统
中图分类号:TP332文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)02-198-03
SPWM Variable Frequency Power Supply Based on sa8282 and Single Chip Microcomputer
LUO Huiqian,QIN Fan
(School of Automation,Wuhan University of Technology,Wuhan,430070,china)
Abstract:This design uses 8051 as controller and combines special_purpose SPWM integrated circuit design SPWM frequency conversion power supply.The main circuit form of the system adopts AC_DC_AC structure,the inverter part consist of IGBTS and a parallel buffer circuit.The system adopts three_phase whole wave uncontrolled rectification input circuit,improves quality of the electric which is supplied to inverter.The control circuit of the system consists of is 8051 single_chip microcomputer minimum system of MCS-51 series and three phases SPWM generator integrated circuit SA8282 and a small amount of peripheral chip of expansion,the power supply has a good application prospect with the advantages of reliability,feasibility and adaptability.
Keywords:power supply;SPWM;controller;single chip microcomputer minimum system
0 引 言
随着电力工业的发展,越来越多的用电设备对电源的性能提出了更高的要求,迫切需要输出电压稳定但频率可以连续调节的三相电源。在此介绍一种由51系列单片机和SA8282芯片所控制的变频变压逆变电源,在控制上具有精度高、实时性强的优点,并且电路结构简单,软件编程容易实现。
1 SA8282芯片介绍
1.1 芯片概述
SA8282是英国MITEL公司生产的能产生三相脉宽调制波的专用大规模集成电路芯片。它有六路TTL电平,经过一组隔离和放大单元,控制三相桥式逆变器中的6个功率开关。在芯片的初始化过程中,定义PWM序列中信息控制输出调制波的波形、电源频率、幅值、转向、载波频率、最小脉宽及死区时间等参数。通过微处理器很容易控制SA8282,全数字PWM波可使电源达到前所未有的精确度和温度稳定性。SA8282作为一种标准的外设,可直接从内部ROM中读取波形,工作方式快捷灵活,无需任何外接电路,节约了硬件成本。当时钟频率为12.5 MHz时,载波频率可达24 kHz,选择的载波频率越高,输出交流电的波形就越接近纯正弦[1]。SA8282引脚图如图1所示。
图1 SA8282引脚图
AD0~AD7:8位地址与数据复用总线,用于从微处理器接收地址与数据信息;
WR(R/W),RD(DS),ALE(AS):此3个引脚为Intel(Motorola)控制模式;SA8282在工作时可自动适应Intel或Motorola控制模式,当ALE(AS)管脚变为高电平时,SA8282内部检测电路将自动锁存RD(DS)线上的状态,如果检测结果为低电平,则采用MOTOROLA控制模式;如果检测结果为高电平,则采用Intel控制模式;
RESET:复位端,低电平有效;
CS:片选输入,该控制线可使SA8282与其他接口芯片共享同一组总线。
RPHT,RPHB,YPHT,YPHB,BPHT,BPHB:标准TTL电平输出端口(即PWM驱动信号),可分别驱动三相逆变器的6个功率开关器件;
TRIP:输出封锁状态指示,用于表明输出是否被锁存,低电平有效;
SETTRIP:关断触发信号输入端,当输入为高时,TRIP及6个PWM输出端将被迅速锁存在低电平状态,且只有在RST复位时才能解除;
WSS:波形采样同步端口;
ZPPB,ZPPY,ZPPR:分别是三相信号的零相位脉冲输出端;
CLK:时钟信号输入端;
VDD:+5 V偏置电源;
VSS:接地端 [2-3]。
1.2 主要特点
(1) 全数字化。
SA8282与微处理器相连时,可自动适应Intel和Motorola两种总线接口,而且编程简捷方便。它的全数字化脉冲输出具有很高的精度和稳定性。
(2) 工作方式灵活。
SA8282具有6个标准的TTL电平输出端,可以驱动逆变器的6个功率开关器件。电路的载波频率、调制频率、调制比、最小脉宽、死区时间等工作参数均可直接通过软件设定,而不需要任何外接电路,从而降低了硬件成本。
(3) 工作频率范围宽、精度高。
SA8282的三角载波频率可调,当时钟频率为12.5 MHz时,载波频率最高可达24 kHz,输出调制频率最高可达4 kHz,输出频率的分辨率为12位[4]。
2 硬件设计
由SA8282构成的三相变频变压电源电路结构图如图2所示,是SA8282与单片机AT89C51连接应用电路。
单片机先对SA8282初始化,定义载波频率、电源电压频率范围、死区及最小脉冲取消时间等参数。然后再设定的电源输出电压频率及有效值。写好初始化寄存器和控制寄存器后,启动SA8282。RPHT,RPHB,YPHT,YPHB,BPHB六个引脚输出相应频率和电压的spwm控制信号,经驱动电路隔离后,分别控制智能功率模块IPM的6个IGBT的导通与截止,最后在3个输出端上产生三相SPWM电压[5,6]。
正常工作后,根据需要对SA8282控制数据进行修改,实现系统的反馈与实时控制。调压时,输出电压经有效值变换器取样后,进行A/D转换成数字量,再在单片机中与设定值比较,经PI调节,得到修正值,输入到SA8282幅度控制寄存器,从而达到闭环控制调整输出电压幅值。在调频时,单片机根据用户设定直接修改SA8282频率控制寄存器的控制字,以改变电源输出频率,无需构成闭环[7]。
3 系统软件设计
软件设计是整个逆变控制的核心,它决定逆变器的输出特性。主程序是整个控制系统的核心和灵魂,只有通过主程序才能有机地调用系统中各个子程序,使它们形成一个联系紧密的整体,有条不紊的完成各种各样的操作命令。单片机对SA8282的主要控制程序流程图如图3所示,单片机首先初始SA8282,打开终端系统。传送控制参数后,判断SA8282允许输出,则开始输出SPWM控制信号,逆变器开始工作[8]。工作过程中,单片机不断地处理检测反馈回来的信号,控制SA8282调整输出的SPWM控制信号,控制系统的输出状态,以满足系统的性能要求。在系统正常工作过程中,不断更新看门狗定时器。防止其溢出而中断SPWM控制信号的输出。初始化程序,实现键盘处理、刷新处理与下位机和其他程序主要完成硬件器件工作方式的设定、系统运行参数和变量的初始化等[9,10]。
4 结 语
这里涉及的变频电源输出三相对称交流电的频率范围为20~100 Hz,各相电压有效值之差小于0.5 V;输出电压波形接近正弦波,用示波器观察无明显失真;且当输入电压为198~242 V,负载电流有效值为0.5~3 A时,输出线电压有效值应保持在36 V,误差的绝对值小于5%。
图3 控制程序流程图
在利用单片机和集成芯片配合产生SPWM波形控制逆变开关的通断,控制算法更加容易实现编程,使得系统结构简单,控制精度高,可靠性强,同时参数修改容易、编程任务少,单片机的处理任务大为减轻。并且,由于可通过SA8282对三相输出电压分别进行调整,可在存在三相不平衡负载的场合中得到应用。
参 考 文 献
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