一種小功率通用變頻器的設計

一種小功率通用變頻器的設計

摘要：采用高集成度的專用芯片SA866和智能功率模塊PS21255開發了一種小功率通用變頻器。試驗和實際應用表明，該變頻器性能好、價格低、可靠性較高。

引言

由于電力電子技術的飛速發展，交流變頻調速已上升為電氣傳動的主流，正在逐步取代傳統的直流傳動。而從性價比的角度來看，交流變頻調速裝置已經優于直流調速裝置。

異步電機的變頻調速不僅可以實現平滑調節，還有著許多其他交流調速系統不可比擬的優點：交流變頻調速在頻率范圍、動態響應、調速精度、低頻轉矩、轉差補償、通信功能、智能控制、功率因數、工作效率、使用方便等方面的優勢是其他的交流調速方式難以達到的，并以體積小、重量輕、通用性強、保護功能完善、可靠性高、操作簡便等優點，深受鋼鐵、冶金、礦山、石油、化工、醫藥、紡織、機械、電力、輕工、造紙、印刷、卷煙、自來水等行業的歡迎，社會效益非常顯著。

變頻調速雖然在各個方面有其優勢，但其早期昂貴的造價和可靠性問題使許多用戶望而卻步。降低造價和提高可靠性一直是交流變頻調速的重要課題。

本文針對一般小功率交流異步電動機變頻調速的要求，采用上世紀90年代末才推出的多功能高集成度專用SPWM控制芯片SA866和智能功率模塊PS21255開發了一種新型通用變頻器。其整?結構簡潔，具有比較完善的功能，滿足了空調、洗衣機等家電及小型紡織、塑料加工等工業的自動化生產線對變頻器低成本、高可靠性、高性能的要求，并已經在廣東、江蘇等多家工廠生產中得到應用。

1 SA866和PS21255功能介紹

1.1 SA866功能簡介

1.1.1 功能特點

SA866是專用于交流異步電機SPWM控制的集成電路。它除了根據設定參數產生合乎要求的SPWM脈沖外，還集成了多種保護功能，并可在緊急情況下，如短路和過載時快速關斷SPWM脈沖，保護逆變器和電機。它的最大特點是可以獨立運行，無須微處理器控制。它的輸出頻率以及加速減速頻率都可由外接電位器在線連續調節。所有須定義的參數如載波頻率、死區時間、最小脈寬、調制波形、V/f曲線等均存儲在外接的廉價EEPROM中，上電時自動讀入SA866中。SA866有6種工作模式，與微處理器配合使用，基本做到了低價格多功能。

1.1.2 管腳說明

該芯片采用PLCC封裝,共有32個管腳,各管腳排列如圖1所示。

各管腳功能如下。

1）電源VDDD和VDDA分別為數字電源和模擬電源；VSSADC為A/D轉換電源，它們接一個＋5V的電源；VSSD和VSSA分別為數字電源和模擬電源的地；VREFIN為A/D轉換參考電壓（＋2.5V）。

2）串行接口SDA，SCL和CS用于從EEPROM獲取數據，分別為數據，時鐘和片選信號。

3）控制及輸出SETPOINT為頻率給定端，該腳的輸入電壓將決定系統的工作頻率；RACC和RDEC分別確定加速和減速的時間；RPHT，YPHT，BPHT，RPHB，YPHB和BPHB為橋臂脈沖信號輸出，其中RPHT，YPHT和BPHT分別對應三相輸出的上橋臂；RPHB，YPHB和BPHB分別對應三相輸出的下橋臂；DIR控制三相順序，該腳對應高低電平有兩個方向的PWM波供用戶選擇。

4）工作狀態選擇SERIAL決定與SA866連接的是EEPROM還是微處理器，高電平表示與EEPROM連接；PAGE0和PAGE1決定采用的是EEPROM的哪一頁參數。

5）保護VMON為過電壓信號輸入端，減速過程中此端電平若大于2.5V，就啟動過電壓保護動作，將輸出頻率固定在當前值；IMON為過電流信號輸入端，升速過程中，電平若大于2.5V，內部過流保護就動作，不再繼續升速，直到過流信號消失；SETTRIP為緊急停機信號，可快速禁止PWM脈沖輸出；TRIP端表示禁止輸出狀態，低電平有效，該信號只有在復位信號RESET下才能被解除。

1.2 PS21255功能簡介

1.2.1 功能特點

與常規的IGBT模塊相比，PS21255具有如下特點：

1）內含驅動電路IPM設定了內部IGBT的最佳驅動條件，驅動電路離IGBT較近，可以大大減少信號傳輸阻抗，且受外界干擾小，因此不需加反向偏壓，同時，本模塊采用自舉電路，從而擺脫了控制電源不共地的限制，使用一個電源，即可實現方便的控制；

2）內含各種保護使內部IGBT因故障損壞的幾率大大降低，這些保護包括短路保護(SC)，控制電路欠壓保護(UV)等；

3）內部報警輸出(FO)該信號送到控制PWM產生器，封鎖脈沖輸出，進而停止系統工作；

4）散熱效果好采用陶瓷絕緣結構，扁平封裝，可以直接安裝在散熱器上；

5）端子布局合理，便于安裝強弱電的輸出輸入端分別安排在模塊的兩側,做到盡量減少干擾。

1.2.2 管腳說明

該模塊的外形及端子分布如圖2所示。IPM(PS21255)模塊外部端子在布局上強弱電分開，P及N為直流輸入端，P為正端，N為負端；U，V，W為逆變器三相輸出端；UP，VP，WP為上橋臂U，V，W各相脈沖信號輸入端；UN，VN，WN為下橋臂U，V，W各相脈沖信號輸入端；VP1及VPC為上橋臂工作電源輸入端，VP1為正端，VPC為負端；VN1及VNC為下橋臂工作電源輸入端，VN1為正端，VNC為負端；CIN為電流檢測信號輸入端；FO為故障輸出端（低電平有效）；CFO為故障輸出脈寬控制端；VUFB及VUFS為U相自舉電路兩端，VUFB為高端，VUFS為低端；VVFB及VVFS為V相自舉電路兩端，VVFB為高端，VVFS為低端；VWFB及VWFS為W相自舉電路兩端，VWFB為高端，VWFS為低端。

2 系統

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