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基于PWM控制器和IPM模块的变频电源设计

供稿:中国工控网 2011/1/18 14:48:09

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  • 关键词: PWM控制器电源
  • 摘要:采用智能型、高精度PWM控制器SA866和智能功率模块PS21255,设计了小功率变频电源。该系统硬件电路简单,器件减少,结构紧凑,具有较高的性价比和灵活的适应性,安全可靠。

    摘要:采用智能型、高精度PWM控制器SA866和智能功率模块PS21255,设计了小功率变频电源。该系统硬件电路简单,器件减少,结构紧凑,具有较高的性价比和灵活的适应性,安全可靠。

  1前言

  随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展,逆变器的稳定性和可靠性大幅度提高,各种逆变器在各行业中应用十分广泛,变频调速技术发展日新月异。目前最常用的是采用正弦脉宽调制技术SPWM的变频电源,利用这种变频电源驱动的电力拖动系统,具有效率高、转矩波动小、噪声低、响应快、调速特性好、运行可靠、控制特性优良等优点。SPWM技术及其控制性能越来越完善,专用PWM集成电路相继问世,在变频电源和调速控制中应用越来越广,使系统电路简单,控制调节方便,具有很高的智能性。

  (2)串行接口SDA,SCL和CS用于从EEPROM获取数据,分别为数据,时钟和片选信号。

  (3)控制及输出SETPOINT为频率给定端,该脚的输入电压将决定系统的工作频率;RACC和RDEC分别确定加速和减速的时间;RPHT、YPHT、BPHT和RPHB、YPHB、BPHB为桥臂脉冲信号输出,其中RPHT、YPHT和BPHT分别对应三相输出的上桥臂;RPHB、YPHB和BPHB分别对应三相输出的下桥臂;DIR控制三相顺序,该脚对应高低电平有两个方向的PWM波供用户选择,高电平时输出的相序为R—B—Y,低电平时输出的相序为R—Y—B。

  IPM(PS21255)模块外部端子在布局上强弱电分开,P及N为直流输入端,P为正端,N为负端;U,V,W为逆变器三相输出端;UP,VP,WP为上桥臂U,V,W各相脉冲信号输入端;UN,VN,WN为下桥臂U,V,W各相脉冲信号输入端;FO为故障输出端(低电平有效)。

  5电源系统的控制

  控制电路主要包括控制电源、SA866为核心的SPWM波发生器、隔离驱动及保护电路,如图3所示。

  220V交流电经过整流滤波得到的直流电压作为PS21255的逆变直流电压输入,SA866产生三相互差120。的3对SPWM信号,通过光电隔离作用于PS21255控制输入端,在PS21255的输出端输出三相互差120。的SPWM波来驱动异步电机。通过改变输出频率,实现异步电机变频调速。PS21255具有过热、过(欠)压、过流和过热检测及保护电路。当任何一种故障发生时,它将封锁内部6只IGBT管,同时送出故障信号FO。

  控制电源采用7805和7815提供直流稳压电源。

  SA866AE通过10位数模转换器和外接正反方向脚,可实现转速的连续调节和正反向切换。SA866工作于模式N3,通过外部电路接SETPOINT实现频率的给定,RACC、RDEC接相应电路实现频率的加速和减速,SERIAL端悬空。所有的运行参数,包括载波频率、波形、最小脉冲宽度、死区脉宽和V/f曲线等都是通过外接的EEPROM编程。

  系统采用外接EEPROM方式,EEPROM选用Atmel公司生产的AT93LC46,它只须+5V电压即可工作,可重复擦写106次。该芯片的封装为DIP一8,其中Vcc和Vss分别为5V电源输入的正负端,CLK为时钟信号输入端,DI为数据输入端,DO为数据输出端,ORG为内部数据的存储结构,可进行8位或16位选择,其相应的引脚分别与SA866AE的SDA、CS和SCL引脚相连。所有的可编程参数均存在EEPROM中,PAGE0、PAGE1用来选择存储器93LC46的4个页面数据。系统在上电或复位后,通过串行口自动下载,从EEPROM将参数字读人SA866,并依据所设定的参数字产生相应的脉冲波形,以控制主电路中模块的开或关。

  为了保证逆变系统安全可靠运行,在IPM主电路和控制电路之间设置了保护及隔离驱动电路。当IPM发生欠压、过流、过温、短路保护时,即UV、OC、OT、SC中任一故障时,其故障输出信号持续时间tfo为1.8ms(SC持续时间会长一些),此时间内IPM会封锁门极驱动,关断IPM。故障输出信号持续时间结束后,IPM内部自动复位,门极驱动通道开放。因此器件自身产生的故障信号是非保持性的,如果tfo结束后故障源仍旧没有排除,IPM就会重复自动保护过程,反复动作。过流、短路、过热保护动作都是非常恶劣的运行状况,应避免其反复动作,因此仅靠IPM内部保护电路还不能完全实现器件的自我保护。要使系统真正安全、可靠运行,需要辅助的外围保护电路。

  由于输入电压和反馈能量都将直接反映在直流环节上,所以,整个系统的电压电流检测及保护取样均集中在直流环节。本设计中,在SPWM接口电路SA866前置一级带控制端的高速光耦6N137,使得SA866产生的SPWM信号经过隔离放大后驱动IPM的三相6路脉冲信号输入端。IPM的故障输出信号FO送入可控光耦6N137,经隔离后与SA866的SETTRIP端相连,当IPM故障报警时,信号FO快速向SA866发出保护高电平,快速切断SPWM的控制信号通道,关断IPM,实现了保护功能。

审核编辑(王静)
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