基于EG8030單相變三相純正弦波電路設計

林春景，崔 曉，劉杰鋒

（1.廣東白云學院 電氣與信息工程學院，廣東 廣州 510450；2.廣州東芝白云菱機電力電子有限公司，廣東 廣州 510450）

0 引 言

在某些偏僻地區或家庭中僅有單相供電，但卻又要用到三相負載，這時就必須將單相220 V交流電源轉換為三相對稱380 V交流電源。為了解決這個問題，本項目設計一個3 kW單相變三相供電系統。大多數單相變三相電路采用三相PWM控制方式，相位差120°，這種供電方案會含有較高的三次諧波，供給三相電機時間長了會導致電機發熱。為了克服這個缺點，本文利用EG8030芯片產生功能完善的自帶死區控制的三相純正弦波信號，從而實現三相對稱380 V交流供電。

1 系統設計方案論證

為了產生三相對稱380 V交流供電，同時實現體積小、重量輕、可靠性好且具備保護功能，可實現的方案有如下兩種。

1.1 采用斬波升壓電路

如圖1所示，220 V交流電經橋式整流濾波會產生0.9～1.4倍的直流電壓，正常負載時為260 V左右，經斬波升壓后為直流540 V，為三相橋式逆變電路提供電源。此電路由三相純正弦波發生器產生，通過驅動電路來控制，從而產生三相對稱380 V交流供電。

圖1 斬波升壓電路

1.2 采用工頻變壓電路

如圖2所示，220 V交流電經橋式整流濾波會產生0.9～1.4倍的直流電壓，正常負載時為260 V左右，為三相橋式逆變電路提供電源，此電路由三相純正弦波發生器產生，通過驅動電路來控制，從而產生三相對稱92 V交流電，再經工頻變壓器升壓電路變成三相對稱380 V交流電。

圖2 工頻變壓電路

上述兩個方案都能產生三相對稱380 V交流電，有三相不對稱保護功能，但方案1采用斬波升壓電路雖然體積小，重量輕，但是可靠性差，而由于方案2工頻升壓電路的隔離，使得電動機對逆變器的沖擊較小，可靠性高，所以決定采用方案2進行設計。

2 系統主要模塊電路設計

2.1 三相對稱純正弦波電路設計

要產生三相對稱純正弦波電路，需采用EG8030 SPWM芯片（如圖3）。它是一款數字化且功能完善的自帶死區控制的三相純正弦波逆變發生器芯片，其配置的4種工作模式可應用于DC-DC-AC兩級功率變換架構或DC-AC單級工頻變壓器升壓變換架構。外接16 MHz晶體振蕩器，能產生高精度、失真和諧波都很小的三相SPWM信號，并具備完善的采樣結構，能夠采集電流信號、溫度信號以及三相電壓信號，實時處理，實現輸出穩壓和各項保護功能。芯片采用CMOS工藝，內部集成SPWM正弦發生器、死區時間控制電路、幅度因子乘法器以及軟啟動電路。

圖3 EG8030結構框圖

2.1.1 三相同步開環穩壓模式設置

本項目采用三相同步開環調壓模式，它是EG8030最簡單的一個工作模式。芯片工作在開環模式，用戶通過調節VOLADJ腳的電壓直接控制三相SPWM的調制深度MA、MB以及MC，且三相調制深度MA=MB=MC。VOLADJ腳上0～5 V的電壓對應調制深度MA的0～100%。MA=50%時，輸出三相電壓有效值。

2.1.2 EG8030工作在三相同步開環穩壓模式設置

為了使EG8030工作在三相同步開環穩壓模式，各輸入腳的設置和輸出腳的連接描述如下。1、2腳設置為“11”，是三相同步開環調壓模式，即通過外部的VOLADJ腳提供一個模擬信號控制三相SPWM的調制深度，0～5 V可設置0%～100%的調制深度。5腳（IFB）接負載電流反饋輸入端，6腳（TFB）接溫度反饋輸入，7腳（BET）接逆變輸入端口電壓檢測，進行過壓和欠壓保護，8腳（VOLADJ）接三相正弦波反饋電壓閾值，作為三相同步調壓端，9腳（AVFB）、10腳（BVFB）以及11腳（CVFB）接2.5 V，12腳（PHDIR）為相序反轉控制引腳，設置為“0”時三相輸出相序為A-C-B，設置為“1”時三相輸出相序為A-B-C。引腳14（ENH）為三相SPWM輸出使能引腳，設置為“0”時關閉三相SPWM信號輸出，設置為“1”時開啟三相SPWM信號輸出。15腳（SST）為軟啟動引腳，設置為“1”，每次重新啟動SPWM輸出時進行3 s軟啟動，期間正弦波幅值線性遞增。16腳（CFG）為SPWM配置選擇引腳，設置為“1”，選擇外部引腳配置，芯片獨立工作時使用。26腳（TYPH）、27腳（TYPL）設置為“00”，分別是輸出低電平打開功率管上管和輸出低電平打開功率管下管。30腳（DT0）和31（DT1）腳設置為“00”是，1.5 μs死區時間。32腳（FS1）和33（FS0）腳設置為“11”，輸出正弦波頻率為50 Hz。

2.2 三相逆變主電路設計

變壓采用三角形-星形接線如圖4所示，負載為3 kW電動機（YE 3-100L-2），功率因素為0.87，電機工作相電流。選變壓器3 600 W，原副邊變比為92×1.73/380=0.419，相電流為5.2 A/0.419=12.41 A，則三相逆變主電路工作電流為12.41 A×1.73=21.47 A。采用三相逆變主電路使用智能功率模塊IPM，選用FUJI electric的IGBT-IPM模塊6MBP50RH060，這款IPM模塊內部集成6組絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）及其驅動電路，額定電流為50 A（2.32倍），耐壓600 V，內部集成了過控制電源欠壓保護（Under Voltage Protection，UVP）、電流保護（over current protection，OCP）、短路保護（Short circuit protection，SCP）以及過熱保護（管殼過熱TcOH、芯片過熱TjOH）等保護電路，且可通過向IPM相連的MCU輸出報警信號，確保系統停止工作。其原理如圖4所示。

圖4 三相逆變主電路

2.3 各種保護電路設計

2.3.1 過流保護設計

保護電路如圖5所示，N1、N2通過R測量IMP主電路電流大小I，R可以在N1、N2并聯一個康銅電阻絲來改變大小，通過R1反饋到EG8030的IFB，電流超過額定電流50 A時，取R=0.1 Ω時UIFB=IR=5 V，EG8030停止工作，保護電路。

圖5 保護電路

2.3.2 過熱保護設計

RT是測量溫度熱敏電阻，溫度越高其電阻值增大。R5和RT通過分壓，由R2反饋到EG8030的TFB腳，溫度超過額定溫度45 ℃時，EG8030停止工作，保護電路。

3 系統實現與測試

電路經過安裝和調試，在額定負載下經測試其主要指標為功率3 kW，輸入電壓為交流220 V（±5%），輸出電壓為交流380 V（±5%），電壓畸變率THDu為2.23%，電流畸變率THDi＜6.21%，工作溫度為-20～52 ℃，響應時間為10 ms，額定效率為85.3%,很好地滿足了實際需要。

4 結 論

為了將單相220 V交流電轉換為三相380 V對稱純正弦交流電，解決偏遠地區三相負載的供電問題，本文提出了基于EG8030芯片為核心的模擬電路，通過工頻變壓電路達到了相應設計要求。