0    引言

    隨著電力電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，基于集成SPWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、運(yùn)行可靠,、節(jié)能效果顯著、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用,。本文介紹的變頻調(diào)速系統(tǒng)是以大規(guī)模專用集成電路HEF4752為核心構(gòu)成的控制電路,，由HEF4752產(chǎn)生的三相SPWM信號(hào)經(jīng)隔離、放大后,，驅(qū)動(dòng)由IGBT構(gòu)成的三相逆變器,，使之輸出SPWM的波形，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速,。

1    系統(tǒng)硬件電路

    整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路由主電路,、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路,、保護(hù)電路等構(gòu)成,，其電路框圖如圖1所示。

圖1    電路框圖

1．1    主電路

    主電路為AC/DC/AC逆變電路,，由三相整流橋,、濾波器、三相逆變器組成,。三相交流電經(jīng)橋式整流后,，得到脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)電容器濾波后供給逆變器。

1．2    控制電路

    控制電路框圖如圖2所示,。在該控制電路中,，分別由三個(gè)CD4046產(chǎn)生推遲時(shí)鐘（OCT）和參考時(shí)鐘（RCT）、頻率控制時(shí)鐘（FCT）和電壓控制時(shí)鐘（VCT）3路時(shí)鐘信號(hào)供給HEF4752,，由HEF4752產(chǎn)生三相6路SPWM波形通過(guò)光電隔離后去控制主電路,。

圖2    控制電路框圖

1．3    HEF4752簡(jiǎn)介

    HEF4752是采用LOCMOS工藝制造的大規(guī)模集成電路，專門(mén)用來(lái)產(chǎn)生三相SPWM信號(hào),。它的驅(qū)動(dòng)輸出經(jīng)隔離放大后,，可驅(qū)動(dòng)GTO和GTR逆變器，在交流變頻調(diào)速中作控制器件,。其引腳如圖3所示,。

圖3    HEF4752引腳圖 

1．3．1    主要特點(diǎn)

    主要特點(diǎn)如下：

    1）能產(chǎn)生三對(duì)相位差120°的互補(bǔ)SPWM主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器,；

    2）采用多載波比自動(dòng)切換方式,，隨著逆變器的輸出頻率降低,，有級(jí)地自動(dòng)增加載波比，從而抑制低頻輸出時(shí)因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響,。調(diào)制頻率可調(diào)范圍為0～100Hz,，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)；

    3）為防止逆變器上下橋臂直通,，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔,，間隔時(shí)間連續(xù)可調(diào)。

1．3．2    引腳說(shuō)明

    HEF4752為28腳雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)封裝DIP芯片,，它有7個(gè)控制輸入,，4個(gè)時(shí)鐘輸入，12個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出,，3個(gè)控制輸出,。各管腳功能描述如表1所列。

表1    HEF4752管腳功能

1．3．3    輸入引腳功能

    1)輸入引腳I用來(lái)決定逆變器驅(qū)動(dòng)輸出模式的選擇,，當(dāng)引腳I為低電平時(shí),，驅(qū)動(dòng)模式是晶體管,，當(dāng)引腳I為高電平時(shí),，驅(qū)動(dòng)模式是晶閘管。

    2)輸入控制信號(hào)引腳K和時(shí)鐘輸入引腳OCT共同決定逆變器每對(duì)輸出信號(hào)的互鎖推遲間隔時(shí)間,。

    為防止逆變器同一橋臂的兩只管子同時(shí)導(dǎo)通,，互鎖推遲間隔的長(zhǎng)短和晶閘管模式下觸發(fā)脈沖串的頻率和寬度，見(jiàn)表2,。

表2    互鎖推遲間隔與觸發(fā)脈沖的頻率及寬度

    根據(jù)主電路的要求,，選取互鎖推遲間隔為t_d=10μs，這里把K置為低電平,，則聯(lián)鎖延遲周期t_d=8/f_OCT,，即0.01ms=8/f_OCT，故

    f_OCT=800kHz（1）

    3)相序輸入引腳CW用來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向,，當(dāng)引腳CW為低電平時(shí),，相序?yàn)镽，B,，Y,；當(dāng)引腳CW為高電平時(shí)，相序?yàn)镽,，Y,，B。

    4）輸入引腳L用來(lái)控制模塊的起動(dòng)/停止,。當(dāng)IGBT－IPM模塊PM25RSK120出現(xiàn)過(guò)流,、欠壓、短路或過(guò)熱等故障時(shí)，故障信號(hào)變?yōu)榈碗娖?。從而使L變?yōu)榈碗娖?，封鎖HEF4752所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)輸出，起到保護(hù)開(kāi)關(guān)管的作用,。在無(wú)故障的情況下,，L為高電平，解除封鎖,。

    5)控制輸入引腳A,，B，C供制造過(guò)程試驗(yàn)用,，工作時(shí)必須接到引腳VSS(低電平),。但引腳A還有另外一個(gè)用處，即剛通電時(shí),，引腳A置高電平初始化整個(gè)IC片,，被用做復(fù)位信號(hào)。

    6)時(shí)鐘輸入引腳FCT和VCT用來(lái)協(xié)調(diào)控制逆變器的輸出頻率與電壓,。引腳FCT控制著逆變器的輸出頻率f_out,，從而控制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在該系統(tǒng)中引腳FCT的時(shí)鐘頻率為

    f_FCT=3360×f_out=3360×55=184kHz（2）

100％調(diào)制時(shí)的輸出頻率的最大值f_out(M)為

    f_out(M)=f_le=66×=58Hz（3）

式中：f_le為電動(dòng)機(jī)的額定頻率,；

       U_el為電動(dòng)機(jī)的額定電壓有效值,。

    電路中f_FCT在0～184kHz連續(xù)可調(diào)，對(duì)應(yīng)f_out的可調(diào)范圍為0～58Hz,。

    電壓控制時(shí)鐘VCT是為保證在調(diào)速過(guò)程中電機(jī)主磁通為恒值,，即電機(jī)電壓與頻率比為常數(shù)而設(shè)置的，頻率f_VCT由式（4）確定,，由fVCT決定輸出波形的幅值,。

    f_VCT(NOM)=6720f_out(M)=6720×58=390kHz（4）

    7）輸入時(shí)鐘RCT是固定時(shí)鐘，用來(lái)設(shè)定最大逆變器開(kāi)關(guān)頻率f_s(MAX),，此處選取逆變器開(kāi)關(guān)頻率的最大值為2.8kHz,，則時(shí)鐘輸入RCT的頻率為

    f_RCT=280f_s(MAX)=280×2.8=780kHz（5）

    為了簡(jiǎn)化線路，可使f_RCT=f_OCT=800kHz,，從而省掉了一個(gè)多諧振蕩器,。

    值得注意的是：比值f_FCT/f_VCT(NOM)，低于0.5時(shí)調(diào)制是正弦的,；高于0.5時(shí)波形向矩形波轉(zhuǎn)變,，在2.5左右達(dá)到全矩形波輸出；高于3時(shí),，由于內(nèi)部同步電路失去作用,，波形變得很不穩(wěn)定,，可見(jiàn)3為頻率比的上限。在本系統(tǒng)中,，f_FCT取184Hz,，f_VCT(NOM)取390Hz，比值為184/390=0.47<0.5,，輸出波形為正弦波,，能夠有效地減小諧波，減小電機(jī)的振動(dòng)和噪聲,，保持好的機(jī)械特性,。

2    實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    以下是對(duì)本控制系統(tǒng)，即圖2的波形的采樣和分析,，由于供電電源采用＋12V,，所以輸出電平都為＋12V。

    圖4的三個(gè)波形分別是從CD4046的腳3,、腳4出來(lái)的分別送到管腳VCT,、FCT、OCT和RCT的方波波形,，其周期分別為2.6μs,，5.4μs，1.3μs,，對(duì)應(yīng)頻率分別為f_VCT=390kHz,，f_FCT=184kHz,，f_RCT=f_OCT=800kHz,。

    圖5是HEF4752的腳2、腳3產(chǎn)生的SPWM波形,，從圖可以看出它們的波形在相位上是相反的,，同時(shí)存在死區(qū)時(shí)間，圖5(b)為圖5(a)放大后的波形,，從圖5(b)可以看出死區(qū)時(shí)間為t_d=10μs,。從腳8、腳9和腳21,、腳22輸出的波形與此相似,。

    圖6是從HEF4752的腳2、腳9輸出的SPWM波形,，圖6(a)橫軸為2.5ms/格,，圖6(b)為1ms/格。周期都為18ms,，輸出基波頻率f_out=55Hz,。從圖可看出腳2波形落后腳9波形120°,。同樣腳3、腳8,；腳9,、腳21；腳8,、腳22輸出波形與此相似,。

3    結(jié)語(yǔ)

    該電路運(yùn)用性能良好的集成電路HEF4752，使外圍控制電路簡(jiǎn)單,，調(diào)試方便,，成本低。只須調(diào)節(jié)CD4046腳9的電位器,，就可以在其腳3,、腳4獲得所需頻率的方波，控制方波的頻率就可以控制HEF4752輸出SPWM信號(hào)（基波）的頻率,、幅值和死區(qū)時(shí)間,，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)變頻調(diào)速。其輸出波形良好,，穩(wěn)定可靠,，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常方便，故具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值,。