新型三相PWM波形发生器SA8281原理及应用

张发生

（中南林学院电子信息工程学院 ，  株洲  412006 ）

摘  要：本文介绍了新型三相PWM专用芯片SA8281原理及应用，并在此基础上研制出一套逆变器调速装置，实验结果表明，以SA8281为控制芯片逆变器具有设计简单，体积小，性能可靠的优点。

关键词：脉宽调制  SA8281  逆变器

Feature and Application of a novel PWM Control IC SA8281

ZHANG Fa-Sheng

（College of Electronic Information of Central South Forestry University，Zhuzhou 412006 ，China）

Abstract: This paper describes the feature and function of a novel PWM control IC SA8281。A typical applicable circuit base on SA8281 is given。 Experimental results prove the IC has the advantage of simple design，small volume ，and reliable performance。

Key words:  PWM  SA8281  inverter

1  引  言

众所周知, 目前国内外厂家普遍采用传统的HEF4752控制芯片组成的三相脉宽调制逆变器控制电路, 该控制电路具有需要较多的外围元件, 且编程较复杂等缺点.本文利用英国MITEL半导体公司生产的新型三相PWM交流电机用脉宽调制芯片SA8281作为IGBT逆变器的控制电路的控制芯片, 该新型三相PWM专用芯片SA8281组成的三相脉宽调制逆变器控制电路具有仅需少量的外围硬件，而且无需繁杂的软件编程，研制出了新型全数字化逆变器调速装置，实验结果良好。

2  新型SA8281工作原理及特点

2.1  主要特点

（1）适用于英特尔和摩托罗拉两种总线格式,接口通用性好, 编程，操作简单,方便,快捷.

（2）应用常用的对称的双边采样法产生PWM波形, 波形产生数字化,无时漂,无温漂稳定性好.

（3）在外接时钟频率为12.5MHZ时载波频率可高达24KHZ,可实现静音运行.

（4）调制频率范围宽,精度高(12位),输出正弦波频率可达4KHZ,可实现高频率高精度控制及光滑的变频.

（5）最小脉宽和死区时间通过软件设置完成,既节约了硬件成本,又使修改灵活方便.

（6）在电路不变的情况下, 通过修改控制暂存器参数,就可改变逆变器性能指标,驱动不同负载或工作于不同工况.

（7）可通过改变输出SPWM脉冲的相序实现电机的正反转.

（8）可通过调制达到输出频率为0KHZ而给电机绕组通一直流电, 实现电机的” 直流插入制动”.

（9）独立封锁端可瞬时封锁输出PWM脉冲亦使微处理器防止突然事件的发生.

2.2  内部结构及工作原理分析

图1是SA8281的内部结构及工作原理示意图，从图可见它的内部集成有总线控制，地址/数据总线，24位初始化寄存器, 24位控制寄存器,时钟驱动, 地址发生器,波形ROM相位和控制逻辑，关闭锁定及三路脉冲取消，脉冲延时和输出开关共12个单元电路。

其工作过程可简析如下：

由于调制波形关于900，1800，2700对称，故波形ROM中仅有0∽900的波形瞬时幅值，采样间隔0.230, 900内共384组8位采样值存入ROM中，每个采样值线性的表达正弦波的瞬时值, 通过相位控制逻辑，将它组成0∽3600的完整波形.该调制波与载波比较产生三相六路双极性PWM调制波形.其经脉冲宽度取消电路，将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉,再经脉冲延时电路引入死区时间，从而保证了在转换瞬间高，低端功率开关不会出现共同导通现象。

图1中24位初始化暂存寄存器,可用来设置输出波形参数，例如载波频率，最小脉宽， 脉冲取消时间计数器置”0”等。一经设置好，运行中不允许改变。24位控制寄存器，用来调整改变调制波频率，幅值，输出关闭，过调制选择，开机关机等.上述设置和调整均通过微处理器或微控制器发出指令，数据先存入三个8位暂存寄存器R0，R1，R2中，然后通过R3和R4分别传送给24位初始化寄存器和24位控制寄存器。初始化或调整时， 端要置0。

SA8281由外配的微处理器通过复用MOTEL总线控制，并与外配的微处理器接口，该接口总线有自动适应英特尔和摩托罗拉两种总线格式及工作时序的能力，在电路启动运行后,当AS/ALE端从低电平变为高电时，内部检测电路锁存DS/ 的状态，若检测结果为高电平则自动进入英特尔模式，若检测结果为低电平，则选择摩托罗拉模式工作，总线连接和定时信息相对所用微处理器而言，这个过程在每次AS/ALE变为高电平时要进行，实际中模式选择应由使用者设定[1]。

3  实验结果

图2为采用SA8281控制芯片的IGBT逆变器调速驱动装置实验电路原理框图，样机功率为1.0KW。软件设计的参数主要有载波频率，输出电源频率范围，脉冲取消时间，脉冲延迟时间，正/反位（F/R）控制，V/F控制，和过量调制位（OM）等。由于SA8281控制芯片的电源频率采用12位精度控制，并有fpower（输出电源频率）= frang（电源频率范围，本次实验选定为250）× pfs（电源频率选择字）/ 4096 ，而且还有正反位（F/R）与过量调制位（OM），所以本文采用ICL7109A/D转换器[2] 。该转换器数据输出为12位二进制数，并具有较强的接口功能，能方便地与各种微处理器接口相连。本次实验程序流程框图为图3所示。逆变器驱动电源交流拖动电机运行时的线电压和线电流波形如图4∽5所示。

图2  实验电路原理框图

       图3   实验电路程序流程框图

图4  线电压波形（fpower=50 ，fcarry=6K）

图4  线电流波形（fpower=50 ，fcarry=6K）

4  结  论

实验结果表明，以SA8281为控制芯片的逆变器设计合理，且与国内外目前普遍采用的传统的HEF4752控制芯片组成的三相脉宽调制逆变器控制电路相比较，外围电路简单。整台装置体积小，性能可靠，符合逆变器调速集成化，模块化的发展趋势。因此该新型三相脉宽控制芯片特别适合于电机调速，开关电源及不停电电源中应用，高的载波频率可使这些应用场合的变压器的体积大大缩小。

参考文献：

[1]  李宏。 电力电子设备常用PWM及SPWM控制集成电路使用技术。西安:中国电工技术学会电力电子学会，1998。

[2]  陆坤等。电子设计技术, 成都:电子科技大学出版社，1997。  

[基金项目] 中南林学院院级研究课题

作者简介：张发生（1965-）  男, 江西临川人，硕士, 副教授 , 现从事电力电子技术教学研究工作。