逆(ni)變(bian)器(qi)是(shi)應(ying)急(ji)電(dian)源(yuan)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)應(ying)急(ji)電(dian)源(yuan)中(zhong)逆(ni)變(bian)器(qi)輸(shu)出(chu)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)適(shi)時(shi)調(tiao)節(jie)

，減(jian)小(xiao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)諧(xie)波(bo)達(da)到(dao)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)數(shu)字(zi)化(hua)控(kong)製(zhi)目(mu)的(de)，三(san)相(xiang)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)采(cai)用(yong)了(le)正(zheng)弦(xian)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)(SPWM)控製方法，以C8051F020單片機和SA4828為核心，完成對SPWM波(bo)的(de)產(chan)生(sheng)及(ji)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)。利(li)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)特(te)有(you)的(de)端(duan)口(kou)連(lian)接(jie)完(wan)成(cheng)外(wai)圍(wei)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)減(jian)少(shao)了(le)應(ying)急(ji)電(dian)源(yuan)對(dui)波(bo)形(xing)產(chan)生(sheng)的(de)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)，保(bao)證(zheng)波(bo)形(xing)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)精(jing)度(du)

，而(er)且(qie)電(dian)路(lu)硬(ying)件(jian)連(lian)接(jie)簡(jian)單(dan)。

　　

　　

隨著社會發展，越是信息化

、現代化，就越依賴於電力

，突然斷電會給人們正常的生活秩序和學習帶來影響，尤其對於生產
、生(sheng)活(huo)中(zhong)特(te)別(bie)重(zhong)要(yao)的(de)負(fu)荷(he)
，一(yi)旦(dan)中(zhong)斷(duan)供(gong)電(dian)，將(jiang)會(hui)造(zao)成(cheng)重(zhong)大(da)的(de)經(jing)濟(ji)損(sun)失(shi)。應(ying)急(ji)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin)已(yi)成(cheng)為(wei)很(hen)多(duo)重(zhong)要(yao)場(chang)所(suo)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)重(zhong)要(yao)設(she)備(bei)
，也(ye)是(shi)能(neng)夠(gou)最(zui)有(you)效(xiao)地(di)解(jie)決(jue)停(ting)電(dian)事(shi)故(gu)和(he)電(dian)力(li)質(zhi)量(liang)不(bu)穩(wen)定(ding)等(deng)問(wen)題(ti)的(de)有(you)效(xiao)途(tu)徑(jing)，而(er)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)是(shi)應(ying)急(ji)電(dian)源(yuan)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)在(zai)應(ying)急(ji)電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)當(dang)市(shi)電(dian)斷(duan)電(dian)或(huo)發(fa)生(sheng)異(yi)常(chang)時(shi)
，將(jiang)蓄(xu)電(dian)池(chi)提(ti)供(gong)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)逆(ni)變(bian)為(wei)三(san)相(xiang)交(jiao)流(liu)電(dian)輸(shu)出(chu)
，以(yi)保(bao)證(zheng)重(zhong)要(yao)負(fu)荷(he)或(huo)設(she)備(bei)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)。

 

目前，逆變電源大多采用正弦波脈寬調製(SPWM)技術
，其控製電路大多采用模擬方法實現。模擬控製技術雖然已經非常成熟
，但存在很多缺點如：控製電路的元器件多，電路複雜，體積較大
，靈活性不夠等。本文設計了一種全數字化的三相PWM逆變電源
，利用專用SPWM波形發生器與單片機連接產生逆變驅動信號SPWM波，設計中選用了單片機C8051F020控製和MITEL公司的SA4828芯片作為波形發生器。

　　

　　

圖1是(shi)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)的(de)構(gou)成(cheng)。由(you)蓄(xu)電(dian)池(chi)提(ti)供(gong)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)通(tong)過(guo)三(san)相(xiang)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)變(bian)為(wei)交(jiao)流(liu)電(dian)，其(qi)基(ji)波(bo)頻(pin)率(lv)是(shi)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)，該(gai)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)經(jing)過(guo)輸(shu)出(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)隔(ge)離(li)
，再(zai)由(you)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)濾(lv)去(qu)諧(xie)波(bo)
，獲(huo)得(de)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)的(de)三(san)相(xiang)正(zheng)弦(xian)交(jiao)流(liu)電(dian)。

 

　　

圖1：逆變電路的結構

　　

在逆變電路中，逆變器及其控製是逆變電路的核心。逆變器的控製采用SPWM控製方式，本文利用SPWM波發生器和單片機實現對逆變器及輸出電壓的控製。由控製器產生的SPWM波控製開關器件的通斷，從而控製輸出電壓及其波形
，並使輸出電壓穩定。

　　

　　

三相逆變器主電路如圖2所示
，是由三相逆變橋、變壓器、濾波器組成。

 

　　

圖2：三相逆變主電路圖

　　

逆變器開關器件采用6單元IPM智能功率模塊。LCR低通濾波器中電感L的作用是抑製高次諧波通過;電容C為逆變器產生的高次諧波提供旁路;電阻R起qi阻zu尼ni作zuo用yong，防fang止zhi或huo抑yi製zhi諧xie波bo的de產chan生sheng。在zai市shi電dian工gong作zuo中zhong斷duan或huo者zhe不bu正zheng常chang時shi，蓄xu電dian池chi電dian壓ya被bei加jia到dao直zhi流liu總zong線xian上shang，通tong過guo由you智zhi能neng功gong率lv模mo塊kuai組zu成cheng的de逆ni變bian器qi，然ran後hou通tong過guo由youLCR組成的濾波器和三相功率變壓器

，形成相電壓為220 V的三相正弦交流電給負載供電。三相逆變器的開關器件采用日本富士公司型號為PM100CVA60六單元IPM智能功率模塊，其耐壓可達600 V，集電極最大允許電流100 A
，安全工作區較寬
，驅動功率小

、開關頻率高、飽和壓降低。另外該模塊還具有帶過流控製、濾波器體積小、噪聲低
、易散熱
、可靠性高等特點。模塊的驅動信號為正弦脈寬調製(SPWM)信號。

　　

功率元件智能功率模塊IGBT-IPM是以功率器件IGBT為主體，同時把驅動電路、多(duo)種(zhong)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)及(ji)報(bao)警(jing)電(dian)路(lu)等(deng)功(gong)能(neng)電(dian)路(lu)集(ji)成(cheng)在(zai)同(tong)一(yi)模(mo)塊(kuai)內(nei)的(de)新(xin)型(xing)混(hun)合(he)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)。用(yong)智(zhi)能(neng)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)作(zuo)為(wei)電(dian)源(yuan)的(de)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)，可(ke)以(yi)簡(jian)化(hua)硬(ying)件(jian)電(dian)路(lu)的(de)設(she)計(ji)
，縮(suo)小(xiao)電(dian)源(yuan)體(ti)積(ji)，更(geng)主(zhu)要(yao)的(de)是(shi)提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。在(zai)選(xuan)用(yong)智(zhi)能(neng)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)IPM時
，根據電壓和電流的定額選擇。功率元件的電流定額考慮(2～3)倍的安全裕量。計算電流時應滿足在輸入電壓波動為最低時仍能滿足輸出功率。根據給定的技術參數計算功率元件的最大輸出功率、額定電流值、額定電壓值，最終選用100 A/600 V的智能功率模塊，型號為PM100CVA60.

　　

　　

控製電路的功能主要是產生SPWM驅動信號。SPWM是實現逆變器輸出交流電壓調節、減小輸出電壓諧波的一種控製方法。利用SPWMkongzhigouchengdenibianqitiaojiexingnenghao，tiaojiesudukuai，keshitiaojieguochengzhongpinlvhedianyaxiangpeihe


，yihuodehaodedongtaixingneng
，shuchudianyaboxingjiejinzhengxian。weileshixiancigongnengjinibiandianludeshuzihua，benwenliyongdanpianjihezhuanyongSPWM波形發生器SA4828集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)構(gou)成(cheng)逆(ni)變(bian)控(kong)製(zhi)器(qi)。該(gai)種(zhong)方(fang)法(fa)軟(ruan)件(jian)編(bian)程(cheng)簡(jian)單(dan)，應(ying)急(ji)電(dian)源(yuan)對(dui)波(bo)形(xing)產(chan)生(sheng)的(de)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)少(shao)，並(bing)能(neng)保(bao)證(zheng)波(bo)形(xing)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)精(jing)度(du)，而(er)且(qie)硬(ying)件(jian)連(lian)接(jie)簡(jian)單(dan)。

　

　　

1.1、SA4828的性能特點

　

SA4828是英國MITEL公司研製出的一種專用於三相SPWM信號發生和控製的集成電路芯片。具有精度高、抗幹擾能力強、外圍電路簡單、無溫漂等優點
，主要用於逆變電源
、變頻調速及應急電源等工業領域。芯片的主要特性是：具有增強型微處理器接口
，可與更多單片機兼容;可以單獨調整各相輸出，可以用於任意不平衡負載;內置“看門狗”定時器進行監控
，程序運行安全可靠;提供了軟複位控製功能;調製波頻率采用16位，增加了頻率的分辨率
，提高了逆變器輸出頻率的精度;片內ROM提供三種可供選擇的波形，適用於多種應用場合
，其中能提供的純正弦波可用於靜止逆變電源和單相交流調速。

　　

1.2
、SA4828的工作原理

　　

SA4828原理框圖如圖3所示。它接收並存儲微處理器初始化命令和控製命令，主要由總線控製、地址/數據總線

、存儲器、控(kong)製(zhi)寄(ji)存(cun)器(qi)組(zu)成(cheng)，以(yi)控(kong)製(zhi)字(zi)的(de)形(xing)式(shi)實(shi)現(xian)。三(san)相(xiang)輸(shu)出(chu)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)每(mei)相(xiang)輸(shu)出(chu)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)由(you)脈(mai)衝(chong)取(qu)消(xiao)和(he)脈(mai)衝(chong)延(yan)時(shi)電(dian)路(lu)構(gou)成(cheng)
，脈(mai)衝(chong)取(qu)消(xiao)將(jiang)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)小(xiao)於(yu)取(qu)消(xiao)時(shi)間(jian)的(de)脈(mai)衝(chong)去(qu)掉(diao)，延(yan)時(shi)電(dian)路(lu)保(bao)證(zheng)死(si)區(qu)間(jian)隔(ge)，以(yi)防(fang)止(zhi)在(zai)轉(zhuan)換(huan)瞬(shun)間(jian)橋(qiao)路(lu)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)出(chu)現(xian)直(zhi)通(tong)現(xian)象(xiang)。

 

　　

圖3：SA4828原理

　　

三種不同波形的選擇通過傳輸給初始化寄存器和控製寄存器的命令來設置三種波形ROM.“看門狗”電路在接受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”延時關斷驅動信號。SA4828增設了8個寄存器單元以提高頻率精度及能獨立控製三相波形幅值。係統進行初始化時
，微處理器通過SA4828內部的總線控製和譯碼電路向其初始化寄存器中寫數據，完成載波頻率、調製頻率的範圍、脈衝延遲時間及計數器複位的設置。在運行過程中，實時地向控製寄存器中寫數據
，實現對調製波頻率、調製波幅值、正/反轉
、過調製
、輸出禁止等參數的刷新
，使RPHT
，RPHB，YPHT，YPHTB，BPHTB，BPHT6個引腳輸出的SPWM信號發生改變。

　　

　　

以SA4828與單片機C8051F020為核心構成的控製器電路設計如圖4所示。控製電路根據給定的參數輸出三相SPWM信號給智能功率模塊IP-M，實現對功率晶體管的通斷控製。C8051F020通過8位P0端口與SA4828的地址、數據管腳AD0～AD7相連，工作時
，單片機首先對SA4828進行初始化
，定義載波頻率
，電源頻率範圍

、死區、最小脈衝取消時間等參數。然後向SA4828的控製寄存器傳送電源的頻率控製字和幅度控製字等參數。正常工作時
，根據需要對SA4828的控製數據進行修改，實現係統的反饋與實時控製，以及調壓控製。為實現係統的穩壓功能，采用平均值反饋PI調節。輸出電壓經隔離送入C8051F020單片機的A/D轉換口即P3.0口，轉換結果參與PI運算，運算結果即為SA4828幅度控製寄存器的控製字。從RPHT～BPHB的6個引腳輸出相應頻率和電壓的SPWM控製信號，經隔離電路後，分別控製智能功率模塊IPM的6個IGBT的導通與截止，最後在3個輸出端上產生對稱的三相SPWM電壓。SA4828作為單片機的外設，與單片機並聯
，通過對單片機編程
，隻需將SPWM的初始化信息和控製信息寫入SA4828的相關寄存器，即產生精確的全數字化的三相的SPWM波形。

 

　　

圖4：SA4828的接口

　　

　　

軟件是逆變器控製係統的核心，它決定逆變器的輸出特性。SA4828產生SPWM信號的程序流程如圖5所示。

　　

對SA4828芯片的控製是通過微處理器接口將相應的參數送入芯片內部的2個48位的寄存器R14，R15來實現的
，它們是初始化寄存器和控製寄存器。數據先被讀入一係列臨時寄存器R0～R5中
，然後通過一條虛擬的寫操作將數據傳送至相應的R14，R15寄存器。單片機先將SA4828複位
，向其傳送初始化參數和控製參數後，SA4828即可以輸出SPWM波

，逆變器隨後處於工作狀態。同時單片機不斷查詢輸出狀態，以便隨時調整SPWM輸出特性。對SA4828芯片的控製是通過微處理器接口將相應的參數送入芯片內部的兩個48位初始化寄存器R14和控製寄存器R15來實現的。數據先被讀入臨時寄存器R0～R5中，然後通過一條虛擬的寫操作將數據傳送至相應的R14，R15寄存器。隻要係統正常工作，看門狗定時器就不斷被更新
，以防止其溢出而中斷SPWM輸出。逆變器控製係統的主程序流程圖如圖6所示。

 

　　

圖5：SA4828產生SPWM信號流程圖

 

　　

圖6：逆變器控製係統

　　

單片機在初始化程序中完成對單片機
、SA4828以yi及ji其qi他ta可ke編bian程cheng器qi件jian的de初chu始shi化hua，接jie著zhe對dui市shi電dian進jin行xing檢jian測ce
，如ru果guo市shi電dian不bu正zheng常chang
，則ze啟qi動dong逆ni變bian器qi工gong作zuo，通tong過guo控kong製zhi將jiang開kai關guan元yuan件jian切qie換huan至zhi逆ni變bian器qi輸shu出chu。並bing將jiang輸shu入ru狀zhuang態tai存cun入ru控kong製zhi寄ji存cun器qi，顯xian示shi數shu據ju
，如ru果guo輸shu出chu電dian壓ya或huo保bao護hu等deng發fa生sheng改gai變bian

，則ze報bao警jing輸shu出chu以yi采cai取qu措cuo施shi使shi係xi統tong正zheng常chang運yun行xing。

　　

　　

逆變主電路采用的智能功率模塊不僅使電路結構簡單，而且使得出現的浪湧電壓、門極振蕩、噪聲引起的幹擾等問題能有效得到控製。三相逆變電路SPWM控製方法
，利用專用SPWM產生器和單片機構成逆變器的控製係統

，設計簡單，控製電路使用器件少，因而可降低成本、提高可靠性。