高精度三相PWM波形產生器SA4828在逆變器中的應用

摘要：SA4828是Mitel公司生產的三相PWM波開產生器，它可提供高質量，全數字的三相脈寬調制波形，而且編程簡單方便，修改靈活，文中介紹SA4828的原理及其應用在逆變器中的軟、硬件設計方法。

關鍵詞：脈寬調制（PWM） 控制 逆變 SA4828

1 引言

脈寬調制（PWM）控制技術在逆變電路中得到廣泛的應用，其波形產生方法有兩種：一是模擬方法，二是數字方法。模擬方法電路結構復雜，有溫漂現象，難以實現精確控制。數字方法則克服了上述缺點。MITEL公司生產的SA系統PWM波形產生器具有精度高、抗干擾能力強、外圍電路簡單等優點，其中SA4828是主要用于變頻調速、逆變電源及UPS等工業領域的高精度PWM波形產生器。

2 SA4828的主要特點及控制方法

2.1 SA4828的主要特點

和Mitel公司的先前產品SA828相比，SA4828主要具有以下特點：

● 具有增強型微處理器接口，可與更多的單片機兼容；

● 將調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立控制方式，因而使得了三相逆變器可用于任意不對稱負載；

● 有三種可供選擇的波形，適用于多種應用場合；

● 可提供軟件復位功能；

● 內置“看門狗定時器以加強監控，從而提高了可靠性。

2.2 SA4828芯片的控制方法

對SA4828的控制是通過微處理器接口將數據送入芯片和兩個寄存器（初始化寄存器和控制寄存器）來實現的。初始化寄存器用于設定與逆變器有關的一些基本參數，這些參數在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制波的狀態，從而進一步控制逆變器的運行狀態。通常在工作該寄存器內容常被改寫以實現實時控制。

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

表1 SA4828的寄存器地址

3 參數設置

3.1 初始化參數的設置

表2為初始化參數在各個寄存器中的空間分配表。現將各參數作一說明。

表2 初始化參數空間分配表

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是輸入的時鐘頻率。N的值為對應于二進制CFS值的十進制自然數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的值為與二進制的FRS值對應的十進制自然數0～6。

c. 脈沖延遲時間（PDY）

脈沖延遲時間tpdy的值由下式給出：

tpdy=(63-k)/512fcarr

式中，k的值為與二進制的PDY值對應的十進制自然數0～63。

d. 脈沖取消時間（PDT）

脈沖取消時間tpd由下式給出：

tpd=(127-L)/512fcarr

式中，L的值為與二進制的PDT值對應的十進制自然數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AC=0時，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內容無效。

當AC=1時，三個幅值暫存器獨立控制各自的幅值，該方式適用于三相不平衡負載。

g. 看門狗定時器的時間設置（WD）

看門狗定時器的時間twd由下式給出：

twd=1024TIM/fclk

式中，fclk是輸入的時鐘頻率，TIM是16位二進制數WD（WD15、WD14……WD0）對應的十進制數。

如果在twd時間內未對定時器中的數據更新（表明程序執行不正常），則定時器溢出，系統關斷PWM輸出。

3.2 控制參數的設置

各控制參數在暫存器R0……R5的空間分配如表4所列。其參數說明如下：

表4 控制參數空間分配表

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位與二進制（PFS15、PFS0）對應的十進制數的值。

b. 電源幅值（RAMP、YAMP、BAMP）

各項幅值的百分比計算公式如下：

Apower=A×100%/255

式中，A是8位幅值選擇字（AMP7、AMP6……AMP0）對應的十進制的值。

c. 相序選擇（F/R）

三相PWM輸出的相序受控于正/反轉選擇位F/R，該位為0時，相序為紅→黃→藍；反之，相序為藍→黃→紅。

d. 輸出禁止位（INH）

該位有效時（為“0），所有的PWM輸出變為低電平，但不影響其它操作。一旦設置無效，輸出立即恢復。

e. 計數器復位（CR）

當計數器復位位（CR）為“0時，紅相相位計數器設置為“0”。

f. 軟件復位（RST）

當該位有效時（為“1”），芯片復原為初始時的默認狀態，它的效果與硬件復位腳相同

g.看門狗定時器選擇（WTE）

當該位有效時（為“1”），看門狗定時器被啟用；反之，看門狗定時器被禁止。

4 系統軟、硬件的設計與實現

4.1 系統硬件連接方案

SA4828用在逆變器上的連接電路如圖1所示。圖中，AC交流信號經整流、逆變、隔離（對于UPS和逆變器而言，若用于變頻調速，則不需要隔離電路）后輸出，在控制電路中，單片機不但用來完成對SA4828的初始化、輸出脈寬和頻率的控制，還要處理采樣數據以形成閉環控制，完成對保護信號的邏輯檢測。由于51系統單片機都是地址、數據復用總線模式，故將MUX、RS引線連到高電平。SETTRIP用來快速關斷PWM輸出，當其有效時，TRIP端輸出高電平，指示燈亮。

4.2 系統軟件設計

軟件設計是整個逆變控制的核心，它決定著逆變器的輸出特性。圖2給出了本系統的程序流程圖。

從程序流程圖中可看出：單片機先將SA4828復位，在向其傳送初始化參數和控制參數之后SA4828即可輸出PWM波形，逆變器隨后將處于工作狀態，這時單片機應不斷查詢輸出狀態，以便隨時調速PWM輸出特性，以滿足系統要求；只要系統工作正常，看門狗定時器就不斷被更新，以防止其溢出而中斷PWM輸出。

5 結論

SA4828可以提供高質量、全數字化的三相脈寬調制波形，并能實現精確控制，以構成性能優異的逆變系統。該系統設計簡單，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的控制而直接關斷PWM輸出，因而進一步提高了系統的可靠性。