1引言

電源設(shè)備是一種量大面廣,、通用性很強(qiáng)的電子產(chǎn)品,。幾乎在現(xiàn)代通訊、電子儀器,、計(jì)算機(jī),、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程,、國(guó)防等部門都要使用電源,，在其它各個(gè)行業(yè)及日常生活中,，電源也得到了廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)電源設(shè)備也提出了更高的要求,。為了滿足眾多的用戶，電源的規(guī)格品種是越來(lái)越多,，由于電源的應(yīng)用對(duì)象具有多樣性、新穎性和復(fù)雜性,，所以電源設(shè)備不僅要做到高質(zhì)量,、高效率、高可靠性,，而且要有適應(yīng)其各式各樣負(fù)載的輸出特征,。三相輸出的逆變電源，在集中供電等多數(shù)情況下,，都會(huì)面臨三相負(fù)載不平衡問(wèn)題,，嚴(yán)重的是負(fù)載100％不平衡。即使電源在安裝使用之初,，盡量分配三相負(fù)載達(dá)到平衡,，可在用電過(guò)程中卻無(wú)法保證三相負(fù)載同時(shí)開(kāi)、關(guān)機(jī),，加上逆變器內(nèi)阻比起發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻要大得多,，因而引起的各種影響不得忽視。

為了取得標(biāo)準(zhǔn)一致便于分析,，將三相負(fù)載100％不平衡,，定義為兩種情況，第一種情況為其中一相滿載,，另外兩相空載,；第二種情況為兩相滿載，另一相空載,。

我們大致統(tǒng)計(jì)一下負(fù)載不平衡對(duì)輸出電壓的影響,，如表1所示。

表1負(fù)載不平衡對(duì)輸出電壓的影響

一般三相逆變電源,，輸出電壓的不平衡度指標(biāo)為<2％,。從表1可看出，當(dāng)負(fù)載不平衡度>20％時(shí),，電壓不平衡度已經(jīng)超標(biāo),。

三相負(fù)載100％不平衡時(shí)，引起逆變器的輸出有的相電壓升高,，有的相電壓降低,，使逆變器無(wú)法正常工作,，甚至造成負(fù)載損壞。于是解決三相逆變電源,，在負(fù)載100％不平衡時(shí),，能正常工作刻不容緩。然而,，單純要求用戶在使用過(guò)程中,，保持三相負(fù)載平衡，顯然不現(xiàn)實(shí),，只有在逆變電源本身尋找切實(shí)可行的解決辦法,。

目前解決負(fù)載100％不平衡，采用的辦法有兩種,，一是將輸出變壓器,，三相繞組重新分配后再串聯(lián)起來(lái)。這種方法雖然簡(jiǎn)單,，部分解決了負(fù)載不平衡,，但沒(méi)有徹底解決負(fù)載100％不平衡的情況，同時(shí)電壓的穩(wěn)定度不高,。二是將逆變部分,，分為三個(gè)獨(dú)立的橋式逆變器，然后按相位差120°,、240°的相序,，組合為一個(gè)三相輸出的逆變電源。這種系統(tǒng)徹底解決了負(fù)載100％不平衡的問(wèn)題,，結(jié)構(gòu)關(guān)系非常明確,，保證了三相輸出電壓平衡，電壓穩(wěn)定度高,。但電路較復(fù)雜,，器件增多，成本提高,。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初,，必須考慮產(chǎn)品最終的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及性能，然后決定系統(tǒng)的工作模式與控制方式,。綜合以上兩種方案,，我們?cè)谘兄菩庐a(chǎn)品過(guò)程中，為了達(dá)到較好的輸出電壓穩(wěn)定度和平衡度,，采取了第二種方案,。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中優(yōu)化電路，減少器件,，降低成本,。特別是采用MITEL公司的SA4828與單片機(jī),，簡(jiǎn)化控制電路取得較明顯效果。

圖1系統(tǒng)原理框圖

圖2SA4828管腳圖

2系統(tǒng)構(gòu)成

主電路主要由AC/DC整流濾波,、DC/AC三個(gè)獨(dú)立的單相橋式逆變器,、輸出濾波三大部分所構(gòu)成。原理框圖如圖1所示,。

輸入三相380V,、50Hz交流電壓，經(jīng)EMI抑制,、整流,、濾波后的直流高壓，供給三個(gè)單相半橋逆變器,。三個(gè)逆變器分別在控制電路相位差120℃、240℃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下,，輸出SPWM波形,。最后經(jīng)三個(gè)獨(dú)立的變壓器及濾波電路，組合成所需要的三相輸出電壓,。其中逆變器開(kāi)關(guān)管,，采用了IPM智能模塊，由于開(kāi)關(guān)管兩端通,、斷峰值電壓很小,，所以不需再加特殊的吸收電路。輸出變壓器采用了集成電感技術(shù),，使變壓,、濾波一體化，降低了噪聲,提高了效率,，增加了可靠性,。電路簡(jiǎn)單明了，無(wú)論負(fù)載如何不平衡,，都不會(huì)使三相輸出電壓的不平衡度超標(biāo),。

3控制方案

本系統(tǒng)采用三相高精度PWM波產(chǎn)生器SA4828與單片機(jī)為主，構(gòu)成控制電路,。SA4828是MITEL公司繼SA828,、SA838PWM波產(chǎn)生器系列之后，推出的新一代性能更優(yōu),、功能更強(qiáng)的大規(guī)模集成電路,。它與微處理器連接，完成了所有外圍的檢測(cè),、控制和保護(hù)等功能,，使系統(tǒng)智能化,。

3．1SA4828簡(jiǎn)介

（1）SA4828主要特點(diǎn)

①靈活的控制功能SA4828能選擇三種不同的輸出波形，并且能通過(guò)軟件決定三相輸出波形的幅值,，是統(tǒng)一控制,，還是三相分別獨(dú)立控制。這一功能擴(kuò)大了用戶的使用范圍,，尤其在需要解決逆變器負(fù)載100％不平衡的問(wèn)題時(shí),，顯得非常重要。

②更高的頻率精度調(diào)制波頻率采用的是十六位,，增加了頻率的分辯率,，提高了逆變器輸出頻率的精度。

③可靠性高SA4828新增加了“看門狗”電路,，進(jìn)行監(jiān)控,，程序運(yùn)行安全可靠。SA4828還采用了諧波抑制技術(shù),，降低了開(kāi)關(guān)管的損耗,。

（2）管腳說(shuō)明

SA4828為標(biāo)準(zhǔn)28腳雙列直插式封裝，如圖2所示,。主要管腳分類說(shuō)明如下：

①驅(qū)動(dòng)信號(hào)及檢測(cè)

RPHT,、RPHB、YPHT,、YPHB,、BPHT、BPHB為三相可獨(dú)立控制的TTL驅(qū)動(dòng)信號(hào),，第一個(gè)字母表示紅,、黃、藍(lán)三相,，分別相差120°,、240°，后面的字母“T”為上開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào),，“B”為下開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào),。

圖3SA4828原理框圖

表2寄存單元地址及說(shuō)明

TRIP為狀態(tài)輸出指示。 

SETTRIP,、RST為關(guān)斷信號(hào)輸入端和復(fù)位端,。

②標(biāo)準(zhǔn)總線與控制模式

AD7～AD0為地址與數(shù)據(jù)復(fù)用總線。

WR,、RD,、ALE為英特爾控制模式。

③電源和時(shí)鐘

VDD,、VSS分別為＋5V電源,、接地端,。

CLK為時(shí)鐘輸入端。

如果對(duì)照SA8282,，可以看出SA4828在英特爾等模式下,，只要將RS、MUX端接為高電平,，SA4828就可以完全取代SA8282,。但三相輸出波形的幅值，卻可分別靈活的控制,。

（3）SA4828工作原理

SA4828原理框圖如圖3所示,。

主要工作原理大部分與SA8282類似，具體可見(jiàn)參考文獻(xiàn)2?，F(xiàn)將SA4828特殊的原理解釋如下：

①三種不同波形的選擇主要是通過(guò)傳輸給初始化寄存器和控制寄存器的命令,，來(lái)設(shè)置三相波形ROM。它分別為正弦,、增強(qiáng),、高效三種波形，使之能應(yīng)用于各種特殊的場(chǎng)合,。

②“看門狗”電路SA4828在接收單片機(jī)發(fā)出的命令時(shí)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題,，總線控制會(huì)發(fā)出復(fù)位“看門狗”信號(hào),，使“看門狗”延時(shí)關(guān)斷輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

③八個(gè)寄存器單元為了提高頻率精度,，以及能獨(dú)立控制三相波形幅值,，SA4828增設(shè)了八個(gè)寄存器單元。地址及說(shuō)明見(jiàn)表2,。

在傳輸初始化命令時(shí),，其中寫入R4、R5寄存器,，為“看門狗”的延時(shí)控制字,。當(dāng)傳輸控制命令時(shí)，寫入R0,、R1為十六位頻率控制字,，寫入R3、R4,、R5分別為三相輸出波形幅值控制字,。上述設(shè)置和調(diào)整，均通過(guò)地址/數(shù)據(jù)總線,、寄存器單元,，存入初始化寄存器和控制寄存器來(lái)完成,。

3．2SA4828用于本系統(tǒng)控制

單片機(jī)最小系統(tǒng)及少量的外圍擴(kuò)展芯片，與SA4828構(gòu)成的本系統(tǒng)控制電路如圖4所示,。

單片機(jī)首先對(duì)SA4828初始化,，預(yù)置輸出波形、幅值,、頻率等,。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路分別將輸出三相電壓、電流,，和電壓,、頻率的給定信號(hào)，輸入單片機(jī),，由單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)環(huán),、閉環(huán)控制算法運(yùn)算。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后,，經(jīng)SA4828調(diào)整輸出電壓,、頻率，及進(jìn)行過(guò)流延時(shí)保護(hù)等,?？焖訇P(guān)斷是發(fā)現(xiàn)直流電流檢測(cè)信號(hào)（DCCT）和IPM模塊有直通或短路現(xiàn)象時(shí)，立即關(guān)斷SA4828輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào),。

3．3程序流程

程序設(shè)計(jì)中,，在完成其控制功能外，還應(yīng)力求程序的合理與簡(jiǎn)化,，它決定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,。圖5為控制程序的流程框圖。

主程序中,，SA4828初始化命令和控制命令的參數(shù)計(jì)算及設(shè)置,，可見(jiàn)參考文獻(xiàn)1，本文不再敘述,。

圖4控制電路框圖

圖5控制程序流程框圖

4試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)語(yǔ)

三相組合式逆變電源經(jīng)使用,、測(cè)試，達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：

輸入電壓：380V±15％（50Hz）

輸出電壓：115V（400Hz）

輸出功率：6kVA

電壓穩(wěn)定度：<1％

頻率穩(wěn)定度：<0.1％

三相電壓不平衡度：<1％

總諧波含量：<2％

噪聲：<50dB

保護(hù)功能：過(guò)載120％延時(shí)6分鐘關(guān)閉系統(tǒng),，輸出端短路立即關(guān)閉系統(tǒng),。

試驗(yàn)結(jié)果表明，三相組合式逆變器,，從根本上解決了三相負(fù)載100％不平衡時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題,。由于功率開(kāi)關(guān)管采用了IPM模塊，輸出變壓器應(yīng)用集成電感技術(shù)，使電路簡(jiǎn)化,，降低了成本,，提高了效率。由單片機(jī)與三相高精度PWM波產(chǎn)生器SA4828構(gòu)成控制電路,，使系統(tǒng)智能化,，可靠性提高。較好地解決了以往三相組合式逆變電源的電路復(fù)雜,、成本高等問(wèn)題,。在中、大功率逆變電源等應(yīng)用領(lǐng)域,，可作為較好的方案之一