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基于SA4828和單片機(jī)的三相組合式逆變器設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2013-12-30 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1引言

電源設(shè)備是一種量大面廣、通用性很強(qiáng)的電子產(chǎn)品。幾乎在現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國(guó)防等部門都要使用電源,在其它各個(gè)行業(yè)及日常生活中,電源也得到了廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)電源設(shè)備也提出了更高的要求。為了滿足眾多的用戶,電源的規(guī)格品種是越來越多,由于電源的應(yīng)用對(duì)象具有多樣性、新穎性和復(fù)雜性,所以電源設(shè)備不僅要做到高質(zhì)量、高效率、高可靠性,而且要有適應(yīng)其各式各樣負(fù)載的輸出特征。三相輸出的逆變電源,在集中供電等多數(shù)情況下,都會(huì)面臨三相負(fù)載不平衡問題,嚴(yán)重的是負(fù)載100%不平衡。即使電源在安裝使用之初,盡量分配三相負(fù)載達(dá)到平衡,可在用電過程中卻無法保證三相負(fù)載同時(shí)開、關(guān)機(jī),加上內(nèi)阻比起發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻要大得多,因而引起的各種影響不得忽視。

為了取得標(biāo)準(zhǔn)一致便于分析,將三相負(fù)載100%不平衡,定義為兩種情況,第一種情況為其中一相滿載,另外兩相空載;第二種情況為兩相滿載,另一相空載。

我們大致統(tǒng)計(jì)一下負(fù)載不平衡對(duì)輸出電壓的影響,如表1所示。

表1負(fù)載不平衡對(duì)輸出電壓的影響

三相負(fù)載不平衡度 0%~20% 21%~35% 36%~50% 51%~100%
三相電壓不平衡度 lt;2% 5% 10% ≥10%

一般三相逆變電源,輸出電壓的不平衡度指標(biāo)為2%。從表1可看出,當(dāng)負(fù)載不平衡度>20%時(shí),電壓不平衡度已經(jīng)超標(biāo)。

三相負(fù)載100%不平衡時(shí),引起的輸出有的相電壓升高,有的相電壓降低,使無法正常工作,甚至造成負(fù)載損壞。于是解決三相逆變電源,在負(fù)載100%不平衡時(shí),能正常工作刻不容緩。然而,單純要求用戶在使用過程中,保持三相負(fù)載平衡,顯然不現(xiàn)實(shí),只有在逆變電源本身尋找切實(shí)可行的解決辦法。

目前解決負(fù)載100%不平衡,采用的辦法有兩種,一是將輸出變壓器,三相繞組重新分配后再串聯(lián)起來。這種方法雖然簡(jiǎn)單,部分解決了負(fù)載不平衡,但沒有徹底解決負(fù)載100%不平衡的情況,同時(shí)電壓的穩(wěn)定度不高。二是將逆變部分,分為三個(gè)獨(dú)立的橋式逆變器,然后按相位差120°、240°的相序,組合為一個(gè)三相輸出的逆變電源。這種系統(tǒng)徹底解決了負(fù)載100%不平衡的問題,結(jié)構(gòu)關(guān)系非常明確,保證了三相輸出電壓平衡,電壓穩(wěn)定度高。但電路較復(fù)雜,器件增多,成本提高。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初,必須考慮產(chǎn)品最終的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及性能,然后決定系統(tǒng)的工作模式與控制方式。綜合以上兩種方案,我們?cè)谘兄菩庐a(chǎn)品過程中,為了達(dá)到較好的輸出電壓穩(wěn)定度和平衡度,采取了第二種方案。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中優(yōu)化電路,減少器件,降低成本。特別是采用MITEL公司的與單片機(jī),簡(jiǎn)化控制電路取得較明顯效果。

圖1系統(tǒng)原理框圖

圖2管腳圖

2系統(tǒng)構(gòu)成

主電路主要由AC/DC整流濾波、DC/AC三個(gè)獨(dú)立的單相橋式逆變器、輸出濾波三大部分所構(gòu)成。原理框圖如圖1所示。

輸入三相380V、50Hz交流電壓,經(jīng)EMI抑制、整流、濾波后的直流高壓,供給三個(gè)單相半橋逆變器。三個(gè)逆變器分別在控制電路相位差120℃、240℃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下,輸出SPWM波形。最后經(jīng)三個(gè)獨(dú)立的變壓器及濾波電路,組合成所需要的三相輸出電壓。其中逆變器開關(guān)管,采用了IPM智能模塊,由于開關(guān)管兩端通、斷峰值電壓很小,所以不需再加特殊的吸收電路。輸出變壓器采用了集成電感技術(shù),使變壓、濾波一體化,降低了噪聲,提高了效率,增加了可靠性。電路簡(jiǎn)單明了,無論負(fù)載如何不平衡,都不會(huì)使三相輸出電壓的不平衡度超標(biāo)。

3控制方案

本系統(tǒng)采用三相高精度PWM波產(chǎn)生器與單片機(jī)為主,構(gòu)成控制電路。SA4828是MITEL公司繼SA828、SA838PWM波產(chǎn)生器系列之后,推出的新一代性能更優(yōu)、功能更強(qiáng)的大規(guī)模集成電路。它與微處理器連接,完成了所有外圍的檢測(cè)、控制和保護(hù)等功能,使系統(tǒng)智能化。

3.1SA4828簡(jiǎn)介

(1)SA4828主要特點(diǎn)

①靈活的控制功能SA4828能選擇三種不同的輸出波形,并且能通過軟件決定三相輸出波形的幅值,是統(tǒng)一控制,還是三相分別獨(dú)立控制。這一功能擴(kuò)大了用戶的使用范圍,尤其在需要解決逆變器負(fù)載100%不平衡的問題時(shí),顯得非常重要。

②更高的頻率精度調(diào)制波頻率采用的是十六位,增加了頻率的分辯率,提高了逆變器輸出頻率的精度。

③可靠性高SA4828新增加了“看門狗”電路,進(jìn)行監(jiān)控,程序運(yùn)行安全可靠。SA4828還采用了諧波抑制技術(shù),降低了開關(guān)管的損耗。

(2)管腳說明

SA4828為標(biāo)準(zhǔn)28腳雙列直插式封裝,如圖2所示。主要管腳分類說明如下:

①驅(qū)動(dòng)信號(hào)及檢測(cè)

RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB為三相可獨(dú)立控制的TTL驅(qū)動(dòng)信號(hào),第一個(gè)字母表示紅、黃、藍(lán)三相,分別相差120°、240°,后面的字母“T”為上開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào),“B”為下開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。


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關(guān)鍵詞: SA4828 逆變器 IPM模塊

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