單片機與SA8282控制的SPWM變頻電源

摘 要:介紹以8051為控制器，結合專用的SPWM集成電路，設計三相SPWM變頻電源。系統主電路形式采用AC_DC_AC結構，逆變部分選用IGBT單元模塊加上并聯緩沖電路，輸入采用三相全波不可控整流電路，提高了系統的功率因數。系統控制電路由MCS-51系列的8051單片機最小系統和SA4828三相SPWM產生器及少量的擴展外圍芯片構成，使得控制系統簡單可靠，使用靈活，適用性強，具有良好的應用前景。

關鍵詞:電源;SPWM;控制器;單片機最小系統

中圖分類號:TP332文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)02-198-03

SPWM Variable Frequency Power Supply Based on SA8282 and Single Chip Microcomputer

LUO Huiqian，QIN Fan

(School of Automation，Wuhan University of Technology，Wuhan，430070，china)

Abstract:This design uses 8051 as controller and combines special_purpose SPWM integrated circuit design SPWM frequency conversion power supply.The main circuit form of the system adopts AC_DC_AC structure，the inverter part consist of IGBTS and a parallel buffer circuit.The system adopts three_phase whole wave uncontrolled rectification input circuit，improves quality of the electric which is supplied to inverter.The control circuit of the system consists of is 8051 single_chip microcomputer minimum system of MCS-51 series and three phases SPWM generator integrated circuit SA8282 and a small amount of peripheral chip of expansion，the power supply has a good application prospect with the advantages of reliability，feasibility and adaptability.

Keywords:power supply;SPWM;controller;single chip microcomputer minimum system

0 引 言

隨著電力工業的發展，越來越多的用電設備對電源的性能提出了更高的要求，迫切需要輸出電壓穩定但頻率可以連續調節的三相電源。在此介紹一種由51系列單片機和SA8282芯片所控制的變頻變壓逆變電源，在控制上具有精度高、實時性強的優點，并且外圍電路結構簡單，軟件編程容易實現。

1 SA8282芯片介紹

1.1 芯片概述

SA8282是英國MITEL公司生產的能產生三相脈寬調制波的專用大規模集成電路芯片。它有六路TTL電平，經過一組隔離和放大單元，控制三相橋式逆變器中的6個功率開關。在芯片的初始化過程中，定義PWM序列中信息控制輸出調制波的波形、電源頻率、幅值、轉向、載波頻率、最小脈寬及死區時間等參數。通過微處理器很容易控制SA8282，全數字PWM波可使電源達到前所未有的精確度和溫度穩定性。SA8282作為一種標準的外設，可直接從內部ROM中讀取波形，工作方式快捷靈活，無需任何外接電路，節約了硬件成本。當時鐘頻率為12.5 MHz時，載波頻率可達24 kHz，選擇的載波頻率越高，輸出交流電的波形就越接近純正弦[1]。SA8282引腳圖如圖1所示。

圖1 SA8282引腳圖

AD0~AD7:8位地址與數據復用總線，用于從微處理器接收地址與數據信息;

WR(R/W)，RD(DS)，ALE(AS):此3個引腳為Intel(Motorola)控制模式;SA8282在工作時可自動適應Intel或Motorola控制模式，當ALE(AS)管腳變為高電平時，SA8282內部檢測電路將自動鎖存RD(DS)線上的狀態，如果檢測結果為低電平，則采用MOTOROLA控制模式;如果檢測結果為高電平，則采用Intel控制模式;

RESET:復位端，低電平有效;

CS:片選輸入，該控制線可使SA8282與其他外圍接口芯片共享同一組總線。

RPHT，RPHB，YPHT，YPHB，BPHT，BPHB:標準TTL電平輸出端口(即PWM驅動信號)，可分別驅動三相逆變器的6個功率開關器件;

TRIP:輸出封鎖狀態指示，用于表明輸出是否被鎖存，低電平有效;

SETTRIP:關斷觸發信號輸入端，當輸入為高時，TRIP及6個PWM輸出端將被迅速鎖存在低電平狀態，且只有在RST復位時才能解除;

WSS:波形采樣同步端口;

ZPPB，ZPPY，ZPPR:分別是三相信號的零相位脈沖輸出端;

CLK:時鐘信號輸入端;

VDD:+5 V偏置電源;

VSS:接地端 [2-3]。

1.2 主要特點

(1) 全數字化。

SA8282與微處理器相連時，可自動適應Intel和Motorola兩種總線接口，而且編程簡捷方便。它的全數字化脈沖輸出具有很高的精度和穩定性。

(2) 工作方式靈活。

SA8282具有6個標準的TTL電平輸出端，可以驅動逆變器的6個功率開關器件。電路的載波頻率、調制頻率、調制比、最小脈寬、死區時間等工作參數均可直接通過軟件設定，而不需要任何外接電路，從而降低了硬件成本。

(3) 工作頻率范圍寬、精度高。

SA8282的三角載波頻率可調，當時鐘頻率為12.5 MHz時，載波頻率最高可達24 kHz，輸出調制頻率最高可達4 kHz，輸出頻率的分辨率為12位[4]。

2 硬件設計

由SA8282構成的三相變頻變壓電源電路結構圖如圖2所示，是SA8282與單片機AT89C51連接應用電路。

單片機先對SA8282初始化，定義載波頻率、電源電壓頻率范圍、死區及最小脈沖取消時間等參數。然后再設定的電源輸出電壓頻率及有效值。寫好初始化寄存器和控制寄存器后，啟動SA8282。RPHT，RPHB，YPHT，YPHB，BPHB六個引腳輸出相應頻率和電壓的SPWM控制信號，經驅動電路隔離后，分別控制智能功率模塊IPM的6個IGBT的導通與截止，最后在3個輸出端上產生三相SPWM電壓[5，6]。

圖2 三相變頻變壓電源電路結構圖

正常工作后，根據需要對SA8282控制數據進行修改，實現系統的反饋與實時控制。調壓時，輸出電壓經有效值變換器取樣后，進行A/D轉換成數字量，再在單片機中與設定值比較，經PI調節，得到修正值，輸入到SA8282幅度控制寄存器，從而達到閉環控制調整輸出電壓幅值。在調頻時，單片機根據用戶設定直接修改SA8282頻率控制寄存器的控制字，以改變電源輸出頻率，無需構成閉環[7]。

3 系統軟件設計

軟件設計是整個逆變控制的核心，它決定逆變器的輸出特性。主程序是整個控制系統的核心和靈魂，只有通過主程序才能有機地調用系統中各個子程序，使它們形成一個聯系緊密的整體，有條不紊的完成各種各樣的操作命令。單片機對SA8282的主要控制程序流程圖如圖3所示，單片機首先初始SA8282，打開終端系統。傳送控制參數后，判斷SA8282允許輸出，則開始輸出SPWM控制信號，逆變器開始工作[8]。工作過程中，單片機不斷地處理檢測反饋回來的信號，控制SA8282調整輸出的SPWM控制信號，控制系統的輸出狀態，以滿足系統的性能要求。在系統正常工作過程中，不斷更新看門狗定時器。防止其溢出而中斷SPWM控制信號的輸出。初始化程序，實現鍵盤處理、刷新處理與下位機和其他程序主要完成硬件器件工作方式的設定、系統運行參數和變量的初始化等[9，10]。

4 結 語

這里涉及的變頻電源輸出三相對稱交流電的頻率范圍為20~100 Hz，各相電壓有效值之差小于0.5 V;輸出電壓波形接近正弦波，用示波器觀察無明顯失真;且當輸入電壓為198~242 V，負載電流有效值為0.5~3 A時，輸出線電壓有效值應保持在36 V，誤差的絕對值小于5%。

圖3 控制程序流程圖

在利用單片機和集成芯片配合產生SPWM波形控制逆變開關的通斷，控制算法更加容易實現編程，使得系統結構簡單，控制精度高，可靠性強，同時參數修改容易、編程任務少，單片機的處理任務大為減輕。并且，由于可通過SA8282對三相輸出電壓分別進行調整，可在存在三相不平衡負載的場合中得到應用。

參 考 文 獻

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