基于单片机与SPWM控制应急电源逆变电路设计

　　1、三相SPWM波形发生器SA4828

　　1.1、SA4828的性能特点

　　SA4828是英国MITEL公司研制出的一种专用于三相SPWM信号发生和控制的集成电路芯片。具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单、无温漂等优点，主要用于逆变电源、变频调速及应急电源等工业领域。芯片的主要特性是：具有增强型微处理器接口，可与更多单片机兼容;可以单独调整各相输出，可以用于任意不平衡负载;内置“看门狗”定时器进行监控，程序运行安全可靠;提供了软复位控制功能;调制波频率采用16位，增加了频率的分辨率，提高了逆变器输出频率的精度;片内ROM提供三种可供选择的波形，适用于多种应用场合，其中能提供的纯正弦波可用于静止逆变电源和单相交流调速。

　　1.2、SA4828的工作原理

　　SA4828原理框图如图3所示。它接收并存储微处理器初始化命令和控制命令，主要由总线控制、地址/数据总线、存储器、控制寄存器组成，以控制字的形式实现。三相输出控制电路的每相输出控制电路由脉冲取消和脉冲延时电路构成，脉冲取消将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉，延时电路保证死区间隔，以防止在转换瞬间桥路开关器件出现直通现象。

　　图3 SA4828原理

　　三种不同波形的选择通过传输给初始化寄存器和控制寄存器的命令来设置三种波形ROM.“看门狗”电路在接受单片机发出的命令时，一旦出现问题，总线控制会发出复位“看门狗”信号，使“看门狗”延时关断驱动信号。SA4828增设了8个寄存器单元以提高频率精度及能独立控制三相波形幅值。系统进行初始化时，微处理器通过SA4828内部的总线控制和译码电路向其初始化寄存器中写数据，完成载波频率、调制频率的范围、脉冲延迟时间及计数器复位的设置。在运行过程中，实时地向控制寄存器中写数据，实现对调制波频率、调制波幅值、正/反转、过调制、输出禁止等参数的刷新，使RPHT，RPHB，YPHT，YPHTB，BPHTB，BPHT6个引脚输出的SPWM信号发生改变。

　　2、控制电路硬件设计

　　以SA4828与单片机C8051F020为核心构成的控制器电路设计如图4所示。控制电路根据给定的参数输出三相SPWM信号给智能功率模块IP-M，实现对功率晶体管的通断控制。C8051F020通过8位P0端口与SA4828的地址、数据管脚AD0～AD7相连，工作时，单片机首先对SA4828进行初始化，定义载波频率，电源频率范围、死区、最小脉冲取消时间等参数。然后向SA4828的控制寄存器传送电源的频率控制字和幅度控制字等参数。正常工作时，根据需要对SA4828的控制数据进行修改，实现系统的反馈与实时控制，以及调压控制。为实现系统的稳压功能，采用平均值反馈PI调节。输出电压经隔离送入C8051F020单片机的A/D转换口即P3.0口，转换结果参与PI运算，运算结果即为SA4828幅度控制寄存器的控制字。从RPHT～BPHB的6个引脚输出相应频率和电压的SPWM控制信号，经隔离电路后，分别控制智能功率模块IPM的6个IGBT的导通与截止，最后在3个输出端上产生对称的三相SPWM电压。SA4828作为单片机的外设，与单片机并联，通过对单片机编程，只需将SPWM的初始化信息和控制信息写入SA4828的相关寄存器，即产生精确的全数字化的三相的SPWM波形。

　　图4 SA4828的接口