基于SA4828和單片機的三相組合式逆變器設計

1引言

電源設備是一種量大面廣、通用性很強的電子產品。幾乎在現代通訊、電子儀器、計算機、工業自動化、電力工程、國防等部門都要使用電源，在其它各個行業及日常生活中，電源也得到了廣泛應用。隨著科學技術的發展，對電源設備也提出了更高的要求。為了滿足眾多的用戶，電源的規格品種是越來越多，由于電源的應用對象具有多樣性、新穎性和復雜性，所以電源設備不僅要做到高質量、高效率、高可靠性，而且要有適應其各式各樣負載的輸出特征。三相輸出的逆變電源，在集中供電等多數情況下，都會面臨三相負載不平衡問題，嚴重的是負載100％不平衡。即使電源在安裝使用之初，盡量分配三相負載達到平衡，可在用電過程中卻無法保證三相負載同時開、關機，加上逆變器內阻比起發電機的內阻要大得多，因而引起的各種影響不得忽視。

為了取得標準一致便于分析，將三相負載100％不平衡，定義為兩種情況，第一種情況為其中一相滿載，另外兩相空載；第二種情況為兩相滿載，另一相空載。

我們大致統計一下負載不平衡對輸出電壓的影響，如表1所示。

表1負載不平衡對輸出電壓的影響

一般三相逆變電源，輸出電壓的不平衡度指標為2％。從表1可看出，當負載不平衡度>20％時，電壓不平衡度已經超標。

三相負載100％不平衡時，引起逆變器的輸出有的相電壓升高，有的相電壓降低，使逆變器無法正常工作，甚至造成負載損壞。于是解決三相逆變電源，在負載100％不平衡時，能正常工作刻不容緩。然而，單純要求用戶在使用過程中，保持三相負載平衡，顯然不現實，只有在逆變電源本身尋找切實可行的解決辦法。

目前解決負載100％不平衡，采用的辦法有兩種，一是將輸出變壓器，三相繞組重新分配后再串聯起來。這種方法雖然簡單，部分解決了負載不平衡，但沒有徹底解決負載100％不平衡的情況，同時電壓的穩定度不高。二是將逆變部分，分為三個獨立的橋式逆變器，然后按相位差120°、240°的相序，組合為一個三相輸出的逆變電源。這種系統徹底解決了負載100％不平衡的問題，結構關系非常明確，保證了三相輸出電壓平衡，電壓穩定度高。但電路較復雜，器件增多，成本提高。在產品設計之初，必須考慮產品最終的各項技術指標及性能，然后決定系統的工作模式與控制方式。綜合以上兩種方案，我們在研制新產品過程中，為了達到較好的輸出電壓穩定度和平衡度，采取了第二種方案。在系統設計中優化電路，減少器件，降低成本。特別是采用MITEL公司的SA4828與單片機，簡化控制電路取得較明顯效果。

圖1系統原理框圖

圖2SA4828管腳圖

2系統構成

主電路主要由AC/DC整流濾波、DC/AC三個獨立的單相橋式逆變器、輸出濾波三大部分所構成。原理框圖如圖1所示。

輸入三相380V、50Hz交流電壓，經EMI抑制、整流、濾波后的直流高壓，供給三個單相半橋逆變器。三個逆變器分別在控制電路相位差120℃、240℃的驅動信號作用下，輸出SPWM波形。最后經三個獨立的變壓器及濾波電路，組合成所需要的三相輸出電壓。其中逆變器開關管，采用了IPM智能模塊，由于開關管兩端通、斷峰值電壓很小，所以不需再加特殊的吸收電路。輸出變壓器采用了集成電感技術，使變壓、濾波一體化，降低了噪聲,提高了效率，增加了可靠性。電路簡單明了，無論負載如何不平衡，都不會使三相輸出電壓的不平衡度超標。

3控制方案

本系統采用三相高精度PWM波產生器SA4828與單片機為主，構成控制電路。SA4828是MITEL公司繼SA828、SA838PWM波產生器系列之后，推出的新一代性能更優、功能更強的大規模集成電路。它與微處理器連接，完成了所有外圍的檢測、控制和保護等功能，使系統智能化。

3．1SA4828簡介

（1）SA4828主要特點

①靈活的控制功能SA4828能選擇三種不同的輸出波形，并且能通過軟件決定三相輸出波形的幅值，是統一控制，還是三相分別獨立控制。這一功能擴大了用戶的使用范圍，尤其在需要解決逆變器負載100％不平衡的問題時，顯得非常重要。

②更高的頻率精度調制波頻率采用的是十六位，增加了頻率的分辯率，提高了逆變器輸出頻率的精度。

③可靠性高SA4828新增加了“看門狗”電路，進行監控，程序運行安全可靠。SA4828還采用了諧波抑制技術，降低了開關管的損耗。

（2）管腳說明

SA4828為標準28腳雙列直插式封裝，如圖2所示。主要管腳分類說明如下：

①驅動信號及檢測

RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB為三相可獨立控制的TTL驅動信號，第一個字母表示紅、黃、藍三相，分別相差120°、240°，后面的字母“T”為上開關管驅動信號，“B”為下開關管驅動信號。