一种新型spwm中频电源的研制-ednchina电子技术设计.docVIP

一种新型SPWM中频电源的研制 福建省电子技术研究所黄宏（福州350003） 摘要：介绍基于PIC16C73和SA838的SPWM中频逆变电源数字化控制系统，并对SA838的工作特点及工作原理以及单片机控制电路、隔离驱动电路、保护及抗干扰措施等作了详细介绍。 关键词：中频电源微控制器 　 1引言 为适应野外工作的需要，我们力求研制一种体积小、重量轻、可靠性高的中频电源。逆变器采用MICROCHIP公司的PIC16C73作为CPU，单相SPWM波形发生器SA838产生SPWM波形，富士混合集成驱动电路EXB840构成隔离驱动保护电路，主电路采用高压整流模块和IGBT模块，组成高效智能的逆变电源。全系统简洁明了，维修便捷，具有实用价值。 逆变电源载波频率20kHz，交流输入三相160V～260V，交流输出单相115±2V，频率400Hz，功率2kW，效率85％，线性负载谐波畸变率5％ 。 2电源硬件电路 图1为电源硬件结构框图，它有以下几个组成部分： 图1电源硬件结构框图 2.1小型三相发电机 该机采用普通民用三相发电机，这种产品技术较为成熟，目前种类齐全且价格低廉。 2.2PIC16C73单片机控制电路 PIC单片机采用RISC结构，具有高速度，低功耗，驱动能力强大的优点，其低价OTP技术和小巧的体积便于用户必威体育官网网址技术和产品商品化。PIC16C73带有5个8位A/D口，4kEPROM，内置看门狗。 2.3SPWM波形发生器 常规的脉宽调制技术多通过模拟电路实现，线路复杂，温度稳定性欠佳，而后出现的数字化电路则依据预想的数学模型数据查表进行控制，控制精度受写入ROM的数据结构影响。以上方法皆调试繁琐，工作量较大。 SA838是MITEL公司专为单相逆变电路设计的SPWM波形发生器，尤其与CPU组成的系统操作数字化，抗干扰能力强，接口简单，通用性好。在电路不变的情况下，通过软件修正，就可改变逆变器的性能指标，大大提高了调试效率，降低了产品成本。 2.4隔离驱动电路 图2SA838管脚图 采用富士混合集成电路EXB840，由于其直接驱动能力不足，且容易使IGBT误导通，为使IGBT正常可靠地工作，必须增加一级互补驱动和提高负压。 2.5逆变器主电路 为防止逆变器工作时产生的电磁干扰影响其它设备，特设置LC滤波器。输入的三相电压通过三相整流模块，经过两只电解电容滤波供给半桥逆变器。为限制合闸瞬间的冲击电流，整流模块和电容之间串联了100Ω电阻，合闸5s后通过继电器短路该电阻。 2.6显示及报警 　　显示系统运行时关键参数数值，提示系统工作状态。由LED及相关仪表组成。 3SA838的结构和工作原理 SA838采用MOTEL总线标准，易与大部分微处理器接口连接，运行参数一旦设定完毕，仅当需改变方式时，才需CPU介入，使用十分方便。 3.1管脚说明 SA838为20脚双列直插或扁平小外形封装。图2为SA838管脚标示。 (1)MOTEL微机接口总线，其中AD0～AD7数据／地址线复用，INTEL模式中，ALE信号下降沿锁存地址，WR上升沿写入数据，RD空闲不用。但必须置高或与CPURD相连接，Motorola模式中，地址由AS下降沿锁存，数据由DS下降沿写入，片选CS供选通用，CLK为控制时钟输入。 (2)SPWM波形输出口，由PWMT和PWMB组成。 (3)单相SPWM输出及控制通道，主要包含： 1）自动紧急保护关断口SETTRIP2）输出状态指示3）复位端口 4）电源VDD为＋5V电源端，Vss为接地端 3.2功能特点 (1)全部数字化操作，输出波形精度高，温度稳定性好，抗干扰能力强。 (2)工作频率范围宽。三角波载频率最高可选择至24kHz(当时钟频率为12.288MHz时)调制频率精度高达12位。 (3)工作方式灵活。SA838极易与CPU接口连接，其工作参数：载频率、调制频率、输出幅值、脉冲取消时间、脉冲延迟时间等等，都可通过CPU很方便地写入，并只在需改变工作方式时才刷新。 3.3内部结构 图3为SA838的内部结构框图，SA838主要由三部分组成。 图3SA838内部框图 (1）接收存储处理命令单元：由总线及其控制、寄存器R0～R4，24位初始化寄存器，24位控制寄存器组成。 (2)SPWM波形发生器：由地址发生器、波形ROM和相位控制逻辑组成。 (3)输出通道及其保护单元：由脉冲取消、脉冲延时和关闭锁定组成。 3.4工作原理 SA838通过RST复位后，将微处理器传送的各种预置参数通过寄存器R0－R4分别写入24位初始化寄存器和24位控制寄存器，初始化寄存器中的内容一经设置，运行中不能再改变，而控制寄存器中的内容则可跟踪控制对象的运行状况随时调整。波形ROM只存有0°～90°的波形幅值，由于正弦波四象限的对称关联性，SA83