半液浮速率陀螺電源設計方案
   
本文研究的半液浮速陀螺電源的具體技術指標如表1所列。

表1：半液浮速率陀螺電源技術要求

SPWM原理及基本方案
   
SPWM技(ji)術(shu)是(shi)一(yi)種(zhong)先(xian)進(jin)的(de)調(tiao)製(zhi)技(ji)術(shu)，其(qi)內(nei)涵(han)就(jiu)是(shi)通(tong)過(guo)按(an)一(yi)定(ding)的(de)規(gui)律(lv)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)的(de)通(tong)斷(duan)，從(cong)而(er)獲(huo)得(de)一(yi)組(zu)等(deng)幅(fu)不(bu)等(deng)寬(kuan)的(de)矩(ju)形(xing)脈(mai)衝(chong)波(bo)形(xing)，用(yong)來(lai)產(chan)生(sheng)所(suo)需(xu)頻(pin)率(lv)的(de)正(zheng)弦(xian)電(dian)壓(ya)波(bo)。采(cai)用(yong)該(gai)技(ji)術(shu)開(kai)發(fa)研(yan)製(zhi)的(de)400Hz中頻電源，技術先進，其所達到的電性能指標及可靠性都將大大優於以往多環節的中頻電源。SPWM的實現方式通常有兩種：一是模擬法
，二是數字法。模擬法電路較複雜，有溫漂現象，影響精度，限製了係統的性能
；數字法按照不同的數字模型用計算機算出各切換點，將其存人內存，然後通過查表及必要的計算產生SPWM波。但數字法受內存影響較大
，不能保證係統的精度。Mitel公司生產的SA係列PWM波形發生器具有精度高、抗幹擾能力強、外圍電路簡單等優點，其中SA4828係列SPWM發生器

，可與微處理器連接，完成外圍控製功能，使係統智能化，微處理器隻用很少的機時去控製它
，因而有能力進行整個係統的檢測、保護、控製等。基於上述原因
，我們決定采用SA4828為核心來研製SPWM中頻電源。

半液浮速率陀螺電源係統設計框圖
   
半液浮速率陀螺供電電源如圖1所示。

圖1：半液浮速率陀螺供電電源方框圖

其係統的基本工作原理為：直流電源經過SPWM全橋逆變、濾波隔離後輸出，係統采用幅值反饋和頻率反饋實現陀螺供電電源的幅值和頻率的穩定。CPU采用Intel公司生產的89S52單片機；SPWM信號發生器采用SA4828；混合集成驅動電路EXB841構成隔離驅動保護電路；逆變器主電路采用IGBT模塊。

硬件電路設計

SPWM波形發生器
  
SA4828是Mitel公司專為三相逆變電路設計的SPWM波形發生器，它能產生純正弦波，尤其與CPU組zu成cheng的de係xi統tong操cao作zuo數shu字zi化hua，抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang，接jie口kou簡jian單dan，通tong用yong性xing好hao，可ke以yi與yu不bu同tong接jie口kou的de微wei控kong製zhi器qi相xiang連lian。在zai電dian路lu不bu變bian的de情qing況kuang下xia
，通tong過guo軟ruan件jian修xiu改gai，就jiu可ke改gai變bian逆ni變bian器qi的de性xing能neng指zhi標biao，大da大da提ti高gao了le調tiao試shi效xiao率lv，降jiang低di了le產chan品pin成cheng本ben。其qi主zhu要yao特te點dian如ru下xia所suo述shu。

1)全數字化 SA4828與微處理器的連接，適用多種微處理器，接口電路簡捷。SA4828與單片機89S52接口電路如圖2所示。

圖2：SPWM信號發生器與89S52接口電路

2)工作方式靈活 SA4828有6個標準的TEL電平輸出，用來驅動逆變器的6個功率開關器件。可以直接通過軟件寫寄存器R0、R1、R2
、R3、R4、R14、R15設定載波頻率、調製頻率、凋製比、最小脈寬、死區時間
、幅值等工作參數，無需任何外接電路。

3)工作頻率範圍寬
、精度高 三角載波頻率可調，載波頻率最高可達24kHz，輸出調製頻率最高可達4 kHz，輸出頻率的分辨率可達16位字長；全數字化的脈衝輸出有很高的精度和溫度穩定性。

隔離驅動電路
   
IGBT的柵極驅動方法有很多
，本方案采用日本富士公司推出的混合式集成化IGBT專用驅動模塊EXB841。它是EXB係列驅動器中高速、大容量器件之一
，集隔離、驅動和保護於一身，性能優越，充分體出了“最優驅動和分散保護”兩原則。具體應用電路如圖3所示。

圖3：IGBT驅動隔離電路

單片機最小係統及外圍擴展芯片
   
89S52單片機最小係統及少量的擴展外圍芯片和SAZ4828三相PWM發生器構成本係統控製電路。單片機完成對SA4828的初始化、輸出脈寬控製、頻率控製，同時完成開環和閉環控製算法的運算及數據處理、模擬信號與數字信號的檢測、保護功能和邏輯判斷等。89S52單片機有40條引腳
，共分為端口線、電源線
、控製線3類。其中端口線分為4組即P0
，P1，P2，P3，係統中僅用P0口和P1口進行數據交換，P0口主要用於ADC0809之間進行數據交換，構成電壓反饋。P1口主要用於給SA4828傳輸初始化數據
，並根據運算的結果調整SA4828的輸出。P3、4口與SA4828的引腳21構成頻率反饋。

SA4828工作原理和係統軟件設計

SA4828內部結構和工作原理
   
SA4828內部結構和工作原理框圖如圖4所示。 

圖4：SA4828內部結構和工作原理

它按X(t)=Asinωt來產生SPWM波形。由於SA4828的主要工作原理大部分與SA8282類似，這裏不再贅述。現將SA4828特殊的原理解釋如下。

1)3種不同波形的選擇主要是通過給初始化寄存器和控製寄存器傳輸命令，來設置三相波形ROM。它分別為正弦、增強
、高效3種波形
，使之能應用於各種特殊的場合。

2)“看門狗”電路 SA4828在接收單片機發出的命令時，一旦出現問題，總線控製會發出複位“看門狗”信號，使“看門狗”延時關斷輸出驅動信號。

3)8個寄存器單元為了提高頻率精度，以及能獨立控製三相波形幅值，SA4828增設了8個寄存器單元，單元地址及說明見表2。

表2：寄存單元地址及說明

在傳輸初始化命令時，寫入以R5為“看門狗”延時控製字。當傳輸控製命令時，寫入R0、R1為16位頻率控製字，寫入R3
、R4、R5分別為三相輸出波形幅值控製字。上述設置和調整，均通過地址／數據總線
、寄存器單元，存人初始化寄存器和控製寄存器來完成。

軟件設計
  
軟件程序設計是整個逆變器控製的核心
，它決定逆變器的輸出特性，如電壓
、頻率範圍及穩定度、諧波含量、保護功能的完善，可靠性等。圖5為本係統的程序流程圖。

圖5：係統程序流程圖

主程序中，SA4828初始化命令和控製命令的參數計算及設置，主要用於確定頻率調節範圍、死區時間
、輸出電壓幅值、中心頻率、幅值等。

由陀螺電源技術要求(表1)知，陀螺電機供電電源要求A
、B兩相相位差90度。這裏，采用軟件延時方法實現。即當A相輸出後延時O．625 ms
，B相輸出，實現A
、B兩相相位差90度。

這(zhe)裏(li)提(ti)出(chu)了(le)基(ji)於(yu)時(shi)序(xu)方(fang)法(fa)實(shi)現(xian)三(san)相(xiang)電(dian)源(yuan)中(zhong)任(ren)意(yi)兩(liang)相(xiang)的(de)任(ren)意(yi)角(jiao)度(du)差(cha)。解(jie)決(jue)了(le)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)中(zhong)難(nan)於(yu)實(shi)現(xian)任(ren)意(yi)兩(liang)相(xiang)實(shi)現(xian)任(ren)意(yi)角(jiao)度(du)差(cha)的(de)難(nan)題(ti)。大(da)大(da)簡(jian)化(hua)了(le)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)中(zhong)任(ren)意(yi)兩(liang)相(xiang)實(shi)現(xian)任(ren)意(yi)角(jiao)度(du)差(cha)的(de)繁(fan)瑣(suo)工(gong)作(zuo)和(he)大(da)量(liang)的(de)外(wai)圍(wei)電(dian)路(lu)。但(dan)是(shi)
，帶(dai)來(lai)若(ruo)幹(gan)好(hao)處(chu)的(de)同(tong)時(shi)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti)。譬(pi)如(ru)
，本(ben)係(xi)統(tong)中(zhong)需(xu)要(yao)2片SA4828實現A、B兩相相位差90度，一定程度上提高了係統的成本。但是，由於SA4828目前的應用較為廣泛
，其市場的價格也是比較低廉的。綜合考慮，利用SA4828軟件延時功能實現逆變電源中任意兩相任意角度差仍然是最佳的選擇方案。

實驗結果和結語
   
實驗結果表明，係統方案設計較好地實現了半液浮速率陀螺對供電電源的要求。實現了三相頻率穩定度為O.l％、幅值穩定度O．1％的高精密中頻電源。利用軟件延時的方法，實現了A、B兩相相位差90度。同時，係統采用89S52單片機和SA8282信xin號hao發fa生sheng器qi後hou，正zheng弦xian波bo控kong製zhi電dian路lu大da為wei簡jian化hua，元yuan器qi件jian減jian少shao，結jie構gou緊jin湊cou，降jiang低di了le成cheng本ben，提ti高gao了le可ke靠kao性xing。通tong過guo實shi際ji測ce試shi
，取qu得de了le比bi較jiao理li想xiang的de結jie果guo，完wan全quan符fu合he實shi際ji係xi統tong的de要yao求qiu。