基于SA868的超小型变频器设计

来源:电子设计应用发布时间:2012-03-01393浏览

研制的变频调速器采用英国MITEL公司生产的变频调速集成芯片SA868为控制核心，输出调速所需的变频、变压的同步PWM波形，构成了驱动三相感应电动机的最简便的变频调速系统，当输入电压过高，三相逆变输出电流过大,该变频器会立即关闭PWM波形输出，可以保护功率级半导体器件。该调速器输入为随处可用的50Hz、220V交流，故特别适用于小功率及超小功率调速场合。

变频器框图及工作原理
由图１可知，输入的单向220VAC经整流滤波得到光滑的高压直流，该直流作为辅助电源的原边电压和三相逆变器的输入电压。过压、过流检测单元，将时时检查整流滤波电容两端的电压，及其直流回路的电流，将信号送入专用集成控制芯片，提供相应的安全保护。专用集成芯片是该变频器的控制核心，采用英国MITEL公司SA868，该片功能强，外围元件少，连接简单，使用方便。根据SET1~SET4输入的调速指令，输出六路双边沿调制的PWM波形，该六路输出经隔离，功放后推动三相逆变器，三相逆变器由内带续流二极管的六单元IGBT模块组成。从而大大减少了连线，缩小了体积，提高了可*性，而且安装方便，调试容易。三相逆变器输出可直接驱动三相小功率电机。

原理电路研制
根据上述最小系统框图，设计、调试了每个单元具体电路，现分别简述如下：
整流滤波及过压、过流检测电路
电路如图2所示。
图2中RT1为热敏电阻，用来限制和降低启动瞬间的冲击电流。经D1~D4、C1整流滤波后的高压直流直接送至6单元IGBT模块的直流输入端。C3电容尽可能*近IGBT模块，以滤除直流母线上窜入的各种高频干扰。过压检测信号，过流检测信号与整流滤波的模拟地共同构成检测单元输出，该两组输出送至控制单元。
专用集成控制芯片
专用变频调速控制集成芯片SA868为三相脉宽调制器。
引脚介绍如下：
：复位端，低电平有效，当其输入为低时，完成下述功能：
● 所有PWM输出置零；
● 所有内部计数器置零；
● 瞬时频率置零，方向选择位置1；
DIR：方向设置端，该位输入为高，且内部信号允许时，为正方向旋转；该位输入为此时，反方向旋转。
SET1~SET4：速度设置端，通过改变这四位数值可设置新的目标频率；
VMONITOR：逆变器输入电压监控端；
IMONITOR：逆变器输入电流监控端；
Raccel：加速速率设置端，外接电阻电容；
Rdecel：减速速率设置端，外接电阻电容；
XTAL1：时钟输入端；
XTAL2：时钟输出端；
UPPER OUTPUT：逆变桥臂高端输出；
LOWER OUTPUT：逆变桥臂低端输出；
SET TRIR：输出关闭设置端，当其输入为高时，经过３~４个主时钟频率周期的延时，仍为高，则PWM输出信号被禁止，该机制状态可通过清除。
：关闭状态指示端，低电平有效，低电平指示已关闭PWM信号，该端可直接驱动LED；
芯片特点
专为民用产品设计的波形产生器，工作温度为0℃~70℃；内设驱动器，或直接驱动光耦，实现隔离；载波频率选择可高达24KHz，实现无噪声运行；调制频率范围宽：0~4000Hz;
由用户定义的所有参数，有厂家编程在ROM中；双极性调制；最小脉宽，死区时间可选择；加速时间、减速时间的选择由外部电阻设置；有三种波形可供用户选择；SA868为24引脚，有双列直插式和扁平小外形两种封装形式。
芯片连接方法
在超小型变频器中，SA868具体连接如图3所示。
图3中，过流检测信号经运算放大器358组成的同相放大器送入SA868的电流监控端，假如发生过流，SA868会瞬时禁止PWM信号输出，电压检测信号送入电压监控端。R7、R8、C5、C6分别确定加速振荡器和减速振荡器的频率。通过改变R、C值，就可设置所需的加速和减速频率。该片的时钟由20MHz的晶振提供，为确保晶体正常工作，晶振两引脚到数字地之间应接入10pF~68pF电容。运算放大器358B及其电阻、稳压管构成欠压检测电路，当工作电压过低时，运放358B输出高电平，使SET TRIP端置1，瞬时关断PWM输出，保护功率级免受损坏。速度设置及保护告警均通过P1插座输入和输出。
SA868六路输出的隔离驱动电路完全相同，下面仅以其中一路为例，如图4所示。从SA868的XTAL2端输出的20MHz信号经2个74HC74组成的4分频得到5MHz的方波输出，该输出接至74F126，从而使BC337、BC227构成的推挽式开关电路按5MHz频率工作，即隔离变压器T2也以5MHz高频方式工作，该变压器T2所加的电源电压为PWM信号RPHT，因而将该控制信号通过高频斩波传送到T2副边，副边经过D6~D9全波整流，又恢复成原控制信号，加至模块的G、E之间，该驱动电路即实现了隔离，而且体积重量非常小。