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基于SA868设计的超小型变频器技术

发布时间:2014-12-08 09:21:57  来源:大电流电感厂家   查看:

研制的变频调速器采用英国MITEL公司生产的变频调速集成芯片SA868为控制核心,输出调速所需的变频、变压的同步PWM波形,构成了驱动三相感应电动机的最简便的变频调速系统,当输入电压过高,三相逆变输出电流过大,该变频器会立即关闭PWM波形输出,可以保护功率级半导体器件。该调速器输入为随处可用的50Hz、220V交流,故特别适用于小功率及超小功率调速场合。

变频器框图及工作原理
由图1可知,输入的单向220VAC经整流滤波得到光滑的高压直流,该直流作为辅助电源的原边电压和三相逆变器的输入电压。过压、过流检测单元,将时时检查整流滤波电容两端的电压,及其直流回路的电流,将信号送入专用集成控制芯片,提供相应的安全保护。专用集成芯片是该变频器的控制核心,采用英国MITEL公司SA868,该片功能强,外围元件少,连接简单,使用方便。根据SET1~SET4输入的调速指令,输出六路双边沿调制的PWM波形,该六路输出经隔离,功放后推动三相逆变器,三相逆变器由内带续流二极管的六单元IGBT模块组成。从而大大减少了连线,缩小了体积,提高了可*性,而且安装方便,调试容易。三相逆变器输出可直接驱动三相小功率电机。

原理电路研制
根据上述最小系统框图,设计、调试了每个单元具体电路,现分别简述如下:
整流滤波及过压、过流检测电路
电路如图2所示。
图2中RT1为热敏电阻,用来限制和降低启动瞬间的冲击电流。经D1~D4、C1整流滤波后的高压直流直接送至6单元IGBT模块的直流输入端。C3电容尽可能*近IGBT模块,以滤除直流母线上窜入的各种高频干扰。过压检测信号,过流检测信号与整流滤波的模拟地共同构成检测单元输出,该两组输出送至控制单元共模电感。
专用集成控制芯片
专用变频调速控制集成芯片SA868为三相脉宽调制器。
引脚介绍如下:
:复位端,低电平有效,当其输入为低时,完成下述功能:
● 所有PWM输出置零;
● 所有内部计数器置零;
● 瞬时频率置零,方向选择位置1;
DIR:方向设置端功率电感,该位输入为高,且内部信号允许时,为正方向旋转;该位输入为此时,反方向旋转。
SET1~SET4:速度设置端,通过改变这四位数值可设置新的目标频率;
VMONITOR:逆变器输入电压监控端;
IMONITOR:逆变器输入电流监控端;
Raccel: 加速速率设置端,外接电阻电容;
Rdecel: 减速速率设置端电感器大小,外接电阻电容;
XTAL1:时钟输入端;
XTAL2:时钟输出端;
UPPER OUTPUT:逆变桥臂高端输出;
LOWER OUTPUT:逆变桥臂低端输出;
SET TRIR:输出关闭设置端,当其输入为高时,经过3~4个主时钟频率周期的延时,仍为高,则PWM输出信号被禁止,该机制状态可通过清除。
:关闭状态指示端,低电平有效,低电平指示已关闭PWM信号,该端可直接驱动LED;
芯片特点
专为民用产品设计的波形产生器,工作温度为0℃~70℃;内设驱动器,或直接驱动光耦,实现隔离;载波频率选择可高达24KHz,实现无噪声运行;调制频率范围宽:0~4000Hz;
由用户定义的所有参数,有厂家编程在ROM中;双极性调制;最小脉宽,死区时间可选择;加速时间、减速时间的选择由外部电阻设置;有三种波形可供用户选择;SA868为24引脚,有双列直插式和扁平小外形两种封装形式。
芯片连接方法
在超小型变频器中,SA868具体连接如图3所示。
图3中,过流检测信号经运算放大器358组成的同相放大器送入SA868的电流监控端,假如发生过流,SA868会瞬时禁止PWM信号输出,电压检测信号送入电压监控端。R7、R8、C5、C6分别确定加速振荡器和减速振荡器的频率。通过改变R、C值,就可设置所需的加速和减速频率。该片的时钟由20MHz的晶振提供,为确保晶体正常工作,晶振两引脚到数字地之间应接入10pF~68pF电容。运算放大器358B及其电阻、稳压管构成欠压检测电路,当工作电压过低时,运放358B输出高电平,使SET TRIP端置1,瞬时关断PWM输出,保护功率级免受损坏。速度设置及保护告警均通过P1插座输入和输出。
SA868六路输出的隔离驱动电路完全相同,下面仅以其中一路为例,如图4所示。从SA868的XTAL2端输出的20MHz信号经2个74HC74组成的4分频得到5MHz的方波输出,该输出接至74F126工字电感器,从而使BC337、BC227构成的推挽式开关电路按5MHz频率工作,即隔离变压器T2也以5MHz高频方式工作,该变压器T2所加的电源电压为PWM信号RPHT,因而将该控制信号通过高频斩波传送到T2副边,副边经过D6~D9全波整流,又恢复成原控制信号,加至 模块的G、E之间,该驱动电路即实现了隔离,而且体积重量非常小。

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