1引言

變頻器正得到越來越廣泛的應用。在變頻器技術中最重要的是SPWM脈沖的產生，通常采用的方法有模擬法和數字法，數字法的實現一種是利用微處理器計算查表得到，常需復雜的編程，另一種是利用專用集成電路(ASIC)來產生PWM脈沖，不需或只需少許編程，使用起來極為方便。本文介紹的SA866就是一塊90年代末才推出的多功能ASIC。它可以獨立運行，功能較強，以它為核心的變頻器具有極高的性價比。本文介紹采用SA866研制的一臺適用于風機、水泵負載的通用變頻器，并可推廣應用于對成本敏感的家電領域。

2SA866功能簡介

21功能特點

SA866是專為感應電機的PWM控制設計的一款集成電路。它除了能產生合乎要求的PWM脈沖外，還集成了完備的過流、過壓保護功能，并可在緊急情況如短路、過熱時快速關斷PWM脈沖，保護逆變器和電機。它的最大特點是可以獨立運行，無需微處理器。它的輸出頻率以及加速減速的快慢都可由外接電位器在線連續調節。所有需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，它可以變頻變幅，也可以定頻變幅；可以獨立運行，也可與微處理器配合使用，基本做到了低價格多功能，在許多逆變領域均可采用。它采用雙緣調制技術，脈沖產生精確，它的工作頻率范圍很寬，時鐘頻率為25MHz時，載波頻率可達24kHz，輸出頻率可達4kHz。它還可以提供兩種V／F曲線：恒轉矩的V／F線和負補償的V／F線，后者即針對風機類負載而設。

22管腳說明

采用PLCC封裝，共有32個管腳，管腳圖如圖1所示。

圖1SA866管腳圖

(1)對外串行接口SDA、SCL、CS為SA866與EEPROM或微處理器的串行接口。SDA為數據總線，SCL為時鐘信號，CS為片選信號。

表2EEPROM參數放置圖

(2)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、PAGE1決定采用的是EEPROM中的哪一頁參數。

(3)控制及輸出SETPOINT決定穩定運行頻

率，RACC、RDEC決定加速減速的快慢，也可用來選擇6種工作模式中的一種。RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB為三相PWM脈沖輸出端，可直接驅動光耦。DIR控制三相順序，高電平表示正向旋轉。

(4)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，就起動過電壓保護動作，將輸出頻率固定在當前值。IMON為過流信號輸入端，升速過程中端電平若大于25V，內部過流保護就動作，不再繼續升速，直到過流信號消失才繼續升速。SETTRIP為緊急停機信號，可快速禁止PWM脈沖輸出，TRIP端表示輸出禁止狀態，低電平有效，該信號只有在復位信號下才能被解除。

(5)電源VDDD為數字電源，VDDA為模擬電源，

VSSADC為A／D轉換電源，均接同一個＋5V電源，VSSD、VSSA分別為數字地及模擬地，VREFIN為A／D轉換參考電壓，＋25V。

3SA866的控制方式

所有可編程參數都存儲在EEPROM中，并在RESET信號后自動裝入SA866中。一片EEPROM可同時存放四頁參數，改變PAGE0、PAGE1兩腳的電平就可決定采用哪一頁參數，如表1所示。

表1EEPROM頁地址

由于PAGE0、PAGE1均有內部拉高電阻，所以默認情況下SA866將采用第3頁的參數。所有可編程參數在各頁上的相對位置都一樣，這里以第3頁為例來說明EEPROM中的參數放置，見表2：

表中各參數的計算方法如下：

（1）載波頻率選擇字CFS載波頻率fCARR由外部時鐘頻率fCLK和分頻比n決定，fCARR=，其中n是選擇字CFS的十進制表示，如表3所示。

表3CFS值

下文中，各參數與選擇字之間都是這種對應關系，以后就不再給出詳細列表。

（2）調制頻率范圍選擇字FRS調制頻率范圍是載波頻率fCARR和系數m的函數，m是FRS的十進制表示，0≤m≤6；FRS為三位二進制數。調制頻率范圍由下式給出：fRANGE=。

（3）脈沖延遲(死區)時間選擇字PDY脈沖延遲時間是載波頻率和參數pdy的函數，如下式所示：tpdy=，參數pdy是PDY字的十進制形式，pdy在0到63之間，PDY為六位二進制數。

（4）脈沖刪除時間選擇字PDT因為SA866內部脈沖刪除電路在脈沖延遲電路之前，所以實際輸出的最小脈寬等于tpd－tpdy。脈沖刪除時間tpd由下式給出：tpd=，參數pdt由選擇字PDT確定，pdt在0到127之間，PDT為七位二進制數。

（5）波形選擇字WSSA866可以提供三種調制波

形：純正弦波、正弦波加三次諧波，帶死區的三次諧波。采用三次諧波型波形可以提高輸出功率，而帶死區的三次諧波型波形可以降低開關損耗。選擇字WS定義所選用的波形，見表4。

表4波形選擇值

（6）波形自動轉換字AWS該參數定義了后兩種波形之間互相轉換的頻率點fAWSR=×fRANGE，其中W由AWS確定，W在0到15之間，AWS為四位二進制數。若AWS=0000，則一直采用三次諧波型波形。（7）V／F曲線控制字(GRAD、KAY、PED、FC)SA866提供了兩種V／F曲線，恒轉矩型和負補償型，分別如圖2、圖3所示。FC用來選擇其中之一，FC=0選擇恒補償型，FC=1選擇負補償型。對于恒補償型，只需確定GRAD和PED。轉矩提升的補償電壓由PED決定，Pedestal(％)=。上升斜率由GRAD確定，GRAD=，GRAD≤255。由GRAD和PED即可確定任一頻率點對應的電壓幅值，V％=。其中F=×255，F≤100。對于風機類負載，電壓幅值由下式計算：V％=(1)

其中GRAD為8位正數，而KAY為八位有符號數，最高位是符號位。

圖2恒轉矩型V／F線 

圖3負補償型V／F線

圖4變頻器系統框圖

(8)檢查字CHKSUMSA866在從EEPROM中讀入數據時會對其中的‘1’計數(不包括CHKSUM中的數據)，計數結果(二進制)的最低三位應等于CHKSUM中的數據，否則將輸出TRIP信號，禁止脈沖輸出。

4變頻器硬件電路設計

所研制的變頻器硬件電路原理框圖如圖4所示，它主要由以下幾部分構成：

（1）主電路采用的電路形式為AC/DC/AC型逆變電路。三相交流電經整流濾波后以直流形式供給逆變橋，主開關器件使用西門子公司的6單元模塊BSM100GD120DN2，輸出接三相電機。

（2）驅動電路采用三菱公司的M57962L，它內

含光耦隔離，能夠檢測橋臂直通短路，并能通過柵極關閉和降壓電路實現開關器件軟關斷，同時向SA866發故障信號，封鎖脈沖輸出。

（3）控制及保護電路SA866只需少許外圍元

件就可構成功能較強的控制電路。開機后SA866首先從EEPROM(這里是HT93LC46)中讀取設定參數，完成自身的初始化。三個外接電位器分別控制穩定工作頻率、升速斜率和降速斜率。保護電路主要包括過壓、欠壓、過流、過熱等部分，均可通過SETTRIP端實現快速封鎖脈沖信號，保護逆變橋不受損害。但對于升降速過程中引起的過壓過流則可以分別由VMON、IMON實現保護。

5參數計算

本系統應用的時鐘頻率為11059MHz，載波頻率11kHz，調制頻率范圍0～60Hz，最小脈寬3μs，死區時間5μs。計算過程如下所示：(1)確定CFS2n＋1==196，所以

n=0，CFS=000。實際的fCARR=108kHz。

(2)確定FRS2m=384×fRANGE／fCARR=213，

所以可取m=1，FRS=001，實際fRANGE=576Hz。(3)確定PDY死區時間tpdy==

5μs，所以pdy=354，取35，則PDY=100011，實際死區時間為51μs。

(4)確定PDT由tpd－tpdy=3μs

得tpd=tpdy＋3=81μs又tpd=故pdt=822，則PDT=1010010，

實際的最小脈寬為81－51=3μs。

(5)確定V／F曲線控制字因為是風機類負載，所以FC=1，又低頻時不需轉矩提升，則PED=0；令fBASE=50Hz，則它對應的F=fBASE＊255/fRANGE=221；在V／F曲線上取兩點，分別對應額定頻率和1／2額定頻率在V／F曲線上映射，以(F，V％)格式表示為(221，100)和(110，25)，根據求幅值公式(1)可列出方程組如下：解此方程組可得：GRAD=106，取11即GRAD=00001011；KAY=53，取5，即KAY=00000101。

（6）確定其余選擇字波形采用正弦波加三次諧波型，所以WS=01，AWS=0000；零頻閾值電壓為0，所以ZTH=00；以上所有選擇字中‘1’的個數為14，所以CHKSUM=110。

6結語

變頻器采用SA866后，控制電路大為簡化，降低了成本，提高了可靠性，減少了開發周期。通過測試效果令人滿意。對于通用變頻器，采用SA866應是一個比較理想的選擇