基于SA8282的三相逆变电源的研制

摘要：介绍由单片机和SA8282研制的三相逆变电源。给出了系统总体构成和主电路设计，介绍了SPWM产生器SA8282的结构特性和工作原理，SA8282全数字操作、工作方式灵活、频率范围宽、精度高功能强，可实现系统的智能化设计。文中详细介绍了采用单片机AT89C51和SPWM产生器SA8282组成系统控制器的软硬件设计，实现了逆变电源输出电压闭环控制。实验表明，由SA8282为控制芯片的逆变电源结构简单、输出波形好、性能稳定可靠，适合于中、小功率的应用场合。

关键词：正弦脉宽调制（SPWM）；SA8282；逆变电源；单片机

1.引言

逆变器是构成交流不间断电源（UPS）及交流变频调速系统的核心部分，可独立构成系统成为变频电源装置，逆变电源在工业上有着广泛的应用，而大部分逆变电源电路结构和控制软件复杂，采用SPWM集成电路和关断开关设计逆变电源有较多的优越性。英国MITEL公司的推出的新型全数字化三相SPWM发生器SA8282，输出频率宽、精度高，可与微处理器接口，能完成外围控制功能和保护功能，可实现系统的智能化设计^[3]。

本文介绍一种简单的三相逆变电源的设计，采用AT89C51单片机、SA8282波形发生器及交直交主电路构成。SA8282仅需要少量的外围硬件，而无需复杂的软件编程，使得本系统的电路结构简单、控制方便、性能稳定，同时设计有一定的保护电路，系统工作可靠。

2.逆变电源的系统组成及主电路设计^[2]

电压型逆变电源由主电路和控制器两部分组成，如图1所示。其中主电路采用交直交（AC/DC/AC）电源型变频器结构，由整流器、中间滤波器、逆变器和隔离变压器构成。输入功率级采用简单可靠的三相桥式不可控整流器，将电网交流电整流成直流，经中间滤波器滤波获得平滑的直流电压，逆变器开关采用富士公司的40KHz两单元IGBT模块三组（六只）组成三相H桥式电路。逆变电源的输入、输出之间为实现电气隔离和满足输出电压幅度的要求，在逆变电源中必须有变压器，对于三相变频电源采用在输出端接入变压器△/Y进行隔离变压，以减小电源的体积和重量。

3.SA8282特性功能与结构原理

SA8282是全数字化三相PWM发生器，频率范围宽、精度高，并可与微处理器进行接口，同时能够完成外围控制功能，因而可实现智能化。

3.1特性功能

SA8282采用28脚DIP封装，其外部引脚和内部结构如图2所示。各引脚的功能为，AD0～AD7是八位地址与数据复用总线，用于从微处理器接受地址与数据信息。¯¯W¯R(R/¯W)、¯¯R¯D(DS)、ALE(AS)三个引脚为Intel(MOTOROLA)控制模式，SA8282在工作时可自动适应Intel或MOTOROLA控制模式，当ALE(AS)管脚变为高电平时，SA8282内部检测电路将自动锁存¯R¯D(DS)线上的状态。如果检测结果为低电平，则采用MOTOROLA控制模式；如果检测结果为高电平，则采用Intel控制模式。¯R¯S¯T是复位端，低电平有效；¯C¯S为片选输入，该控制线可使SA8282与其它外围接口片共享同一组总线。RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB为标准TTL电平输出端(即PWM驱动信号)可分别驱动三相逆变器的六个功率开关器件。¯T¯R¯IP为输出封锁状态指示，用于表明输出是否被封存，低电平有效。SET TRIP是关断触发信号输入端，当输入为高时，¯T¯R¯IP及六个PWM输出端将迅速锁存在低电平状态，且只有在¯R¯S¯T复位时才能解除。WSS是波形采样同步端口；ZPPB、ZPPY、ZPPR分别是三相信号的零相位脉冲输出端。CLX为时钟信号输入端。VDD是+5V偏置电源。V_SS接地端。此外，SA8282芯片还具有以下特点：

⑴全数字化

SA8282与微处理器相连时，可自动适应Intel和MOROTOLA两种总线接口，而且编程简捷方便。其全数字化的脉冲输出具有很高的精度和稳定性。

⑵工作方式灵活

SA8282具有六个标准的TIL电平输出端，可以驱动逆变器的六个功率开关器件。电路的载波频率、调制频率、调制比、最小脉宽、死区时间等工作参数均可直接通过软件设定，而不需要任何外接电路，从而降低了硬件成本。

⑶工作频率范围宽、精度高

SA8282的三角载波频率可调，当时钟频率为12.5MHz时，载波频率最高可达24kHz，输出调制频率最高可达4kHz，输出频率的分辨率为12位。

3.2结构原理

SA8282的内部结构和外部引脚如图2所示。主要包括初始化命令和控制命令寄存部分、从ROM中读取及产生PWM调制波形部分以及三相输出控制电路等三个功能部分。

⑴命令寄存器初始化及控制

由总线控制、地址/数据总线、暂存器R0～R2、虚拟寄存器R3～R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器构成。在工作时应首先进行初始化，从微处理器向初始化寄存器和控制寄存器输入控制字，进行系统参数设置，然后由微处理器向两个24位寄存器输入命令字，这两个寄存器分别被称为初始化寄存器和控制寄存器。由于总线的数据宽度被限制在8位字长，因此要把数据送到一个24位寄存器，应分三次分别送到三个暂存寄存器R0、R1、R2中。而数据由暂存寄存器R0、R1、R2送到初始化寄存器或控制寄存器是通过虚拟寄存器R3、R4的送数写指令来实现的，R3、R4实际上不存在，只在指令中出现。向R3送数的写指令用于将数据从R0、R1、R2传送到控制寄存器，而向R4送数的写指令则可将数据从R0、R1、R2传送到初始化寄存器。参数设定是通过控制字形式实现。

⑵读取ROM及产生PWM调制波形部分

由地址发生器、波形ROM及相位和控制逻辑构成。由于调制波形关于90