1引言

變頻器正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,。在變頻器技術(shù)中最重要的是SPWM脈沖的產(chǎn)生，通常采用的方法有模擬法和數(shù)字法,，數(shù)字法的實(shí)現(xiàn)一種是利用微處理器計(jì)算查表得到,，常需復(fù)雜的編程，另一種是利用專用集成電路(ASIC)來(lái)產(chǎn)生PWM脈沖,，不需或只需少許編程,，使用起來(lái)極為方便。本文介紹的SA866就是一塊90年代末才推出的多功能ASIC,。它可以獨(dú)立運(yùn)行,，功能較強(qiáng)，以它為核心的變頻器具有極高的性價(jià)比,。本文介紹采用SA866研制的一臺(tái)適用于風(fēng)機(jī),、水泵負(fù)載的通用變頻器，并可推廣應(yīng)用于對(duì)成本敏感的家電領(lǐng)域,。

2SA866功能簡(jiǎn)介

21功能特點(diǎn)

SA866是專為感應(yīng)電機(jī)的PWM控制設(shè)計(jì)的一款集成電路,。它除了能產(chǎn)生合乎要求的PWM脈沖外，還集成了完備的過(guò)流,、過(guò)壓保護(hù)功能,，并可在緊急情況如短路、過(guò)熱時(shí)快速關(guān)斷PWM脈沖,，保護(hù)逆變器和電機(jī),。它的最大特點(diǎn)是可以獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需微處理器,。它的輸出頻率以及加速減速的快慢都可由外接電位器在線連續(xù)調(diào)節(jié),。所有需定義的參數(shù)如載波頻率、死區(qū)時(shí)間,、最小脈寬,、調(diào)制波形、V／F曲線等均存儲(chǔ)在外接的廉價(jià)EEPROM中,，上電時(shí)自動(dòng)讀入SA866中,。SA866有6種工作模式，它可以變頻變幅,，也可以定頻變幅,；可以獨(dú)立運(yùn)行,，也可與微處理器配合使用，基本做到了低價(jià)格多功能,，在許多逆變領(lǐng)域均可采用,。它采用雙緣調(diào)制技術(shù)，脈沖產(chǎn)生精確,，它的工作頻率范圍很寬,，時(shí)鐘頻率為25MHz時(shí)，載波頻率可達(dá)24kHz,，輸出頻率可達(dá)4kHz,。它還可以提供兩種V／F曲線：恒轉(zhuǎn)矩的V／F線和負(fù)補(bǔ)償?shù)腣／F線，后者即針對(duì)風(fēng)機(jī)類負(fù)載而設(shè),。

22管腳說(shuō)明

采用PLCC封裝,，共有32個(gè)管腳，管腳圖如圖1所示,。

圖1SA866管腳圖

(1)對(duì)外串行接口SDA,、SCL、CS為SA866與EEPROM或微處理器的串行接口,。SDA為數(shù)據(jù)總線,，SCL為時(shí)鐘信號(hào)，CS為片選信號(hào),。

表2EEPROM參數(shù)放置圖

(2)工作狀態(tài)選擇SERIAL決定與SA866連接

的是EEPROM還是微處理器,，高電平表示與EEPROM連接，PAGE0,、PAGE1決定采用的是EEPROM中的哪一頁(yè)參數(shù),。

(3)控制及輸出SETPOINT決定穩(wěn)定運(yùn)行頻

率，RACC,、RDEC決定加速減速的快慢,，也可用來(lái)選擇6種工作模式中的一種。RPHT,、RPHB,、YPHT、YPHB,、BPHT,、BPHB為三相PWM脈沖輸出端，可直接驅(qū)動(dòng)光耦,。DIR控制三相順序,，高電平表示正向旋轉(zhuǎn),。

(4)保護(hù)VMON為過(guò)電壓信號(hào)輸入端,，減速過(guò)程

中此端電平若大于25V,，就起動(dòng)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，將輸出頻率固定在當(dāng)前值,。IMON為過(guò)流信號(hào)輸入端,，升速過(guò)程中端電平若大于25V，內(nèi)部過(guò)流保護(hù)就動(dòng)作,，不再繼續(xù)升速,，直到過(guò)流信號(hào)消失才繼續(xù)升速。SETTRIP為緊急停機(jī)信號(hào),，可快速禁止PWM脈沖輸出,，TRIP端表示輸出禁止?fàn)顟B(tài)，低電平有效,，該信號(hào)只有在復(fù)位信號(hào)下才能被解除,。

(5)電源VDDD為數(shù)字電源，VDDA為模擬電源,，

VSSADC為A／D轉(zhuǎn)換電源,，均接同一個(gè)＋5V電源，VSSD,、VSSA分別為數(shù)字地及模擬地,，VREFIN為A／D轉(zhuǎn)換參考電壓，＋25V,。

3SA866的控制方式

所有可編程參數(shù)都存儲(chǔ)在EEPROM中,，并在RESET信號(hào)后自動(dòng)裝入SA866中。一片EEPROM可同時(shí)存放四頁(yè)參數(shù),，改變PAGE0,、PAGE1兩腳的電平就可決定采用哪一頁(yè)參數(shù)，如表1所示,。

表1EEPROM頁(yè)地址

由于PAGE0,、PAGE1均有內(nèi)部拉高電阻，所以默認(rèn)情況下SA866將采用第3頁(yè)的參數(shù),。所有可編程參數(shù)在各頁(yè)上的相對(duì)位置都一樣,，這里以第3頁(yè)為例來(lái)說(shuō)明EEPROM中的參數(shù)放置，見(jiàn)表2：

表中各參數(shù)的計(jì)算方法如下：

（1）載波頻率選擇字CFS載波頻率fCARR由外部時(shí)鐘頻率fCLK和分頻比n決定,，fCARR=,，其中n是選擇字CFS的十進(jìn)制表示，如表3所示,。

表3CFS值

下文中,，各參數(shù)與選擇字之間都是這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，以后就不再給出詳細(xì)列表。

（2）調(diào)制頻率范圍選擇字FRS調(diào)制頻率范圍是載波頻率fCARR和系數(shù)m的函數(shù),，m是FRS的十進(jìn)制表示,，0≤m≤6；FRS為三位二進(jìn)制數(shù),。調(diào)制頻率范圍由下式給出：fRANGE=,。

（3）脈沖延遲(死區(qū))時(shí)間選擇字PDY脈沖延遲時(shí)間是載波頻率和參數(shù)pdy的函數(shù)，如下式所示：tpdy=,，參數(shù)pdy是PDY字的十進(jìn)制形式,，pdy在0到63之間，PDY為六位二進(jìn)制數(shù),。

（4）脈沖刪除時(shí)間選擇字PDT因?yàn)镾A866內(nèi)部脈沖刪除電路在脈沖延遲電路之前,，所以實(shí)際輸出的最小脈寬等于tpd－tpdy。脈沖刪除時(shí)間tpd由下式給出：tpd=,，參數(shù)pdt由選擇字PDT確定,，pdt在0到127之間，PDT為七位二進(jìn)制數(shù),。

（5）波形選擇字WSSA866可以提供三種調(diào)制波

形：純正弦波,、正弦波加三次諧波，帶死區(qū)的三次諧波,。采用三次諧波型波形可以提高輸出功率,，而帶死區(qū)的三次諧波型波形可以降低開(kāi)關(guān)損耗。選擇字WS定義所選用的波形,，見(jiàn)表4,。

表4波形選擇值

（6）波形自動(dòng)轉(zhuǎn)換字AWS該參數(shù)定義了后兩種波形之間互相轉(zhuǎn)換的頻率點(diǎn)fAWSR=×fRANGE，其中W由AWS確定,，W在0到15之間,，AWS為四位二進(jìn)制數(shù)。若AWS=0000,，則一直采用三次諧波型波形,。（7）V／F曲線控制字(GRAD、KAY,、PED,、FC)SA866提供了兩種V／F曲線，恒轉(zhuǎn)矩型和負(fù)補(bǔ)償型,，分別如圖2,、圖3所示。FC用來(lái)選擇其中之一,，F(xiàn)C=0選擇恒補(bǔ)償型,，F(xiàn)C=1選擇負(fù)補(bǔ)償型,。對(duì)于恒補(bǔ)償型，只需確定GRAD和PED,。轉(zhuǎn)矩提升的補(bǔ)償電壓由PED決定,，Pedestal(％)=。上升斜率由GRAD確定,，GRAD=,，GRAD≤255,。由GRAD和PED即可確定任一頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓幅值,，V％=。其中F=×255,，F(xiàn)≤100,。對(duì)于風(fēng)機(jī)類負(fù)載，電壓幅值由下式計(jì)算：V％=(1)

其中GRAD為8位正數(shù),，而KAY為八位有符號(hào)數(shù),，最高位是符號(hào)位。

圖2恒轉(zhuǎn)矩型V／F線 

圖3負(fù)補(bǔ)償型V／F線

圖4變頻器系統(tǒng)框圖

(8)檢查字CHKSUMSA866在從EEPROM中讀入數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)對(duì)其中的‘1’計(jì)數(shù)(不包括CHKSUM中的數(shù)據(jù)),，計(jì)數(shù)結(jié)果(二進(jìn)制)的最低三位應(yīng)等于CHKSUM中的數(shù)據(jù),，否則將輸出TRIP信號(hào)，禁止脈沖輸出,。

4變頻器硬件電路設(shè)計(jì)

所研制的變頻器硬件電路原理框圖如圖4所示,，它主要由以下幾部分構(gòu)成：

（1）主電路采用的電路形式為AC/DC/AC型逆變電路。三相交流電經(jīng)整流濾波后以直流形式供給逆變橋,，主開(kāi)關(guān)器件使用西門子公司的6單元模塊BSM100GD120DN2,，輸出接三相電機(jī)。

（2）驅(qū)動(dòng)電路采用三菱公司的M57962L,，它內(nèi)

含光耦隔離,，能夠檢測(cè)橋臂直通短路，并能通過(guò)柵極關(guān)閉和降壓電路實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件軟關(guān)斷,，同時(shí)向SA866發(fā)故障信號(hào),，封鎖脈沖輸出。

（3）控制及保護(hù)電路SA866只需少許外圍元

件就可構(gòu)成功能較強(qiáng)的控制電路,。開(kāi)機(jī)后SA866首先從EEPROM(這里是HT93LC46)中讀取設(shè)定參數(shù),，完成自身的初始化。三個(gè)外接電位器分別控制穩(wěn)定工作頻率,、升速斜率和降速斜率,。保護(hù)電路主要包括過(guò)壓、欠壓,、過(guò)流,、過(guò)熱等部分，均可通過(guò)SETTRIP端實(shí)現(xiàn)快速封鎖脈沖信號(hào)，保護(hù)逆變橋不受損害,。但對(duì)于升降速過(guò)程中引起的過(guò)壓過(guò)流則可以分別由VMON,、IMON實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

5參數(shù)計(jì)算

本系統(tǒng)應(yīng)用的時(shí)鐘頻率為11059MHz,，載波頻率11kHz,，調(diào)制頻率范圍0～60Hz，最小脈寬3μs,，死區(qū)時(shí)間5μs,。計(jì)算過(guò)程如下所示：(1)確定CFS2n＋1==196，所以

n=0,，CFS=000,。實(shí)際的fCARR=108kHz。

(2)確定FRS2m=384×fRANGE／fCARR=213,，

所以可取m=1,，F(xiàn)RS=001，實(shí)際fRANGE=576Hz,。(3)確定PDY死區(qū)時(shí)間tpdy==

5μs,，所以pdy=354，取35,，則PDY=100011,，實(shí)際死區(qū)時(shí)間為51μs。

(4)確定PDT由tpd－tpdy=3μs

得tpd=tpdy＋3=81μs又tpd=故pdt=822,，則PDT=1010010,，

實(shí)際的最小脈寬為81－51=3μs。

(5)確定V／F曲線控制字因?yàn)槭秋L(fēng)機(jī)類負(fù)載,，所以FC=1,，又低頻時(shí)不需轉(zhuǎn)矩提升，則PED=0,；令fBASE=50Hz,，則它對(duì)應(yīng)的F=fBASE＊255/fRANGE=221；在V／F曲線上取兩點(diǎn),，分別對(duì)應(yīng)額定頻率和1／2額定頻率在V／F曲線上映射,，以(F，V％)格式表示為(221,，100)和(110,，25)，根據(jù)求幅值公式(1)可列出方程組如下：解此方程組可得：GRAD=106,，取11即GRAD=00001011,；KAY=53,，取5，即KAY=00000101,。

（6）確定其余選擇字波形采用正弦波加三次諧波型,，所以WS=01，AWS=0000,；零頻閾值電壓為0,，所以ZTH=00；以上所有選擇字中‘1’的個(gè)數(shù)為14,，所以CHKSUM=110,。

6結(jié)語(yǔ)

變頻器采用SA866后，控制電路大為簡(jiǎn)化,，降低了成本,，提高了可靠性,，減少了開(kāi)發(fā)周期,。通過(guò)測(cè)試效果令人滿意。對(duì)于通用變頻器,，采用SA866應(yīng)是一個(gè)比較理想的選擇