1 引言
pwm(脈寬調制)技術，廣泛應用在交流電機調速、開關電源、不間斷供電(ups)等領域。其中pwm信號的產生是關鍵。隨著電力電子技術的不斷發展和電力電子產品的不斷更新，其生成方式由過去的模擬法變成了現在的數字法。本文采用mibbb公司生產的三相pwm波形發生器sa866de，加少量的外圍器件和簡單的軟件編程，即可實現全數字化變頻器的設計。電路結構簡單，參數調整方便，輸出波形優點多。
2 sa866de的特點及工作原理
2.1 sa866de的特點
(1) 無需微處理器;串行接口模式;所有用戶設定的參數均儲存在外部eeprom中。在電路不變的情況下，通過修改參數就可以改變逆變器的性能指標;有線性和二次型兩種v/f特性曲線可選擇，以滿足不同負載的要求;大大節約了硬件成本。對于大批量應用，可工廠掩膜編程;
(2) 數字信號輸入，實現12檔速度輸出，方向可選擇;通過rc振蕩電路實現加速和減速時間控制;
(3) 載波頻率可達24khz;工作頻率范圍0~4khz;電源頻率精度高達16位;可以實現寬的調速范圍及無噪聲運行;
(4) 雙沿規則采樣;可選擇最小脈沖寬度和設置脈沖延遲時間;可輸出純正弦波、增強型及高效型三種波形;輸出波形如圖1所示。
對于一般交流電機和靜止逆變器通常采用純正弦波;
采用增強型波形，可大大提高整機的輸出功率，并且可以大幅度減小電機發熱，這對于散熱不良的空間，減小熱量積聚極為有利。
采用高效型波形，可以減小開關損耗，使用更少、更便宜的散熱片。
圖1(a)為純正弦波，一般交流電機和靜態逆變器通常采用這種波形;(b)為三次諧波(增強型波型)，此種波型包括3分奇次諧波，輸出功率提高20%，三相諧波相互抵消，防止了電機發熱;(c)為帶死區的三次諧波(高效型波形)，進一步優化三次諧波，在一個周期中，高壓側和低壓側的開關保持60°的間隙，不但節省了33%的開關損耗，而且可以使用更少、更便宜的功率器件或減少散熱片的體積，提高了功率開關的可靠性。
2.2 sa866de工作原理
(1) pwm產生邏輯
圖2是sa866de標準工作方式的方框圖。
pwm發生器是實現脈沖序列的核心。脈沖調制信號是通過比較輸入參考波形和高頻載波得到的。sa866de采用異步不對稱規則采樣的調制方法，其工作原理如圖3所示。sa866de為用戶提供的參考波形以數字形式存在片內rom中。sa866de使用數字調制技術，避免了使用模擬器件時產生的漂移現象。三角波(載波)由一個上/下計數器合成，并通過數字比較器和調制波進行比較。調制波在每個載波波峰上升和下降沿都進行采樣，稱作“雙沿規則采樣”。調制波以數字形式存在片內rom中(1536個采樣點/360°)。開關頻率被rom內特定地址的比例控制，該比例值與sa866de的載波頻率無關，因此稱為“異步pwm方法”。pwm波形最終輸出三對互補信號分別驅動三相逆變橋的上、下開關管。每相輸出控制電路由脈沖取消電路、脈沖延遲電路和功率驅動電路組成。脈沖取消電路用來將脈沖寬度小于取消時間的脈沖去掉;脈沖延遲電路保證死區時間間隔，防止轉換瞬間上、下橋臂間開關器件產生直通現象，以使逆變器可靠換相;驅動電路用于pwm波形輸出功率放大，使之可直接驅動光電耦合器件，實現隔離。
(2) 速度及加速/減速控制邏輯
速度控制通過速度設置電位器由set-point端引入，經10位高速a/d轉換器轉換成相應的目標值。加速、減速控制主要通過一個16位幅值比較器和17位加/減計數器組成。加/減計數器的時鐘由加/減速振蕩器提供，加/減速速率可單獨設定，由osc/clk輸入狀態用3種方式控制。加/減速速率設置端raccel/rdecel分別外接電阻、電容確定加/減速振蕩器頻率。是否實行加/減速，還應由電壓監控端vmonitor和電流監控端imonitor的輸入信號值共同確定。其加/減速算法流程圖如圖4所示。
(3) v/f控制
為了適應各種場合，保證sa866de在任何頻率下都能對電壓幅度進行控制，有兩種v/f控制方式可以選擇。線形方式和二次型方式。為了減小銅耗，基電壓都設置成可調，然后電壓和頻率按線形關系和二次型關系上升到指定值。線形v/f操作使頻率在恒轉矩區上升到指定值。在恒轉矩區外振幅保持最大值，但隨著頻率的增大，轉矩不斷下降，而使功率保持不變，此時被稱為恒功率區。v/f特性曲線形狀由一個8位精度的可編程參數決定。
(4) 模式選擇
將serial腳置1或懸空不用，可以選擇模式n1~n3，這三種模式均為正常工作模式，所有參數均由外部eeprom讀入。將serial腳置0可以選擇模式s1~s2，這兩種模式均為串行工作模式，由微處理器/微控制器取代外部eeprom，串行加載初始化參數。
sa866de具有microwire三線串行接口，可與256或1024位的串聯總線型eeprom兼容。eeprom的存儲單元分為4頁，每頁為4個16位字，分別包含一套參數。頁面選擇通過sa866de給eeprom發送的首地址命令及所讀取的位數確定，這樣對于每種產品可以有四套參數供選擇，由page0、page1兩個邏輯管腳決定。
3 應用實例
如圖5為采用sa866de芯片設計的一套簡單實用的變頻調速驅動裝置原理圖。
如圖5所示，系統采用外接eeprom方式，所選eeprom為atmel公司生產的at93lc46，所有的可編程參數均存在eeprom中，page0、page1用來選擇存儲器93lc46的4個頁面數據。系統上電或復位后，通過串行口自動下載。sa866de工作于模式n3，racc、rdec引腳接高電平，serial端懸空。trip端接一發光二極管，用來顯示系統故障封鎖。
系統主電路輸入為引自電網的三相交流電，經整流、濾波后變為穩定的直流電提供給功率變換器件，經過功率變換器件變頻后形成三相交流電驅動交流電機。功率變換器件采用集成度高的智能功率模塊(ipm)，它將功率變換、柵極驅動和保護電路集為一體，具有驅動欠電壓、開關過流、橋臂短路及過熱等系統保護功能。sa866de的settrip端與ipm的保護輸出端相連，一旦檢測到保護信號在快速向sa866de發出保護高電平，高速切斷電路，關斷pwm輸出。
控制電路是整個變頻調速系統的核心，整個控制電路只需采用一片三相pwm波形發生器芯片sa866de即可實現pwm信號輸出、系統保護等功能。12檔速度調節通過加/減速速率設置端raccel/rdecel及電壓監控端vmonitor和電流監控端imonitor很容易實現，電機的正反轉通過dir端控制，因此，系統電路結構簡單，控制調節方便，具有很高的智能性。
4 結束語
sa866de作為一種高集成度的交流電機變頻調速控制芯片，具有成本低廉、控制簡單、開發簡便快捷等優點?？梢詽M足洗衣機、電動工具、hvac設備及輕工業機械的要求，具有廣泛的應用前景。
參考文獻
[1] mibbb semiconductor。sa866de 3-phase pulse width modulation engine. november 1999.
[2] 李 宏. 電力電子設備用器件與集成電路應用指南[m]. 北京:機械工業出版社，2001.
作者簡介
胡欽龍(1978-) 男 在讀碩士 主要研究方向:電機及其控制。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
