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1 SA4828 组成的变频器的软件设计组成的变频器的软件设计 徐 志 跃 （北京航空航天大学 电工电子中心， 北京 100083） 摘要：摘要：利用大规模专用集成电路 SA4828 设计变频器，可以大大降低 CPU 的资源占用，简化硬件电路和软 件编程。通过对 SA4828 进行初始化编程，可以方便地设定变频器的基本参数包括：载波频率、调制波频 率范围、死区时间、最小删除脉宽、看门狗时间常数、输出波形、频率、幅值、正反转控制等。实验表明， 由 SA4828 组成的变频器，电路简单，操作方便，运行稳定可靠。 关键词：关键词： SPWM、初始化参数、控制参数 中图分类号：中图分类号：TM352 文献标识码：文献标识码：A Software Design for Inverter Consists of SA4828 Xu Zhiyue (Electrical & Electronic Center, Beihang University, Beijing 100083) Abstract: Designing the inverter based on special LSIC SA4828 can greatly reduce the occupation for the microprocessor and simplify the circuit and program. Through initially programming SA4828, the inverters basic parameters such as carrier frequency, range of modulated waveform, dead time, minimum deleted pulse width, time constant of watching dog, output waveform, frequency, aptitude and forward or reverse rotation can be setup conveniently. The tested data shows that the inverter consisting of SA4828, which has much simple structure can perform very stably and reliably. Key words: SPWM, Initialization Parameter, Control Parameter 1 引言引言 交流异步电动机，具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、坚固耐用、维护方便等突出的优点，在 伺服驱动系统中倍受关注。 然而， 交流电机调速需要一个特殊的交流电源变频器。 在变频调速技术中， 最成熟的一种是 SPWM 的方法。即用一个低频的正弦波去调制一个高频的三角波，得到一串等幅不等宽 的脉冲，并以此作为控制信号，去控制逆变器中的开关元件，以驱动电机运转。 过去产生 SPWM 控制信号的方法有： （1）用微处理器定时发出不同脉宽的方波； （2）实时计算正弦 波和三角波的交点，去控制开关元件； （3）事先计算好不同的脉宽，制成表格以备调用。很明显，无论哪 一种方法都会占用大量的 CPU 的时间，使其无法发挥更好的监控作用。 近年来一些厂家研制出了专门用于生成三相 SPWM 波控制信号的大规模集成电路芯片，如 HEF4752、 SA4828、SA866 等。采用这样的集成电路芯片，既可简化硬件电路，又可以大大地减轻 CPU 的负担，仅 仅在需要调频、调压时，才由单片机去干预，使控制系统可以空出更多的时间用于检测和监控。 2 SA4828 的特性的特性 2.1 SA4828 的性能特点的性能特点 SA4828 是 MITEL 公司推出的一种专门用于产生三相 SPWM 信 号的集成电路。它采用 28 引脚，分 DIP 和 SOIC 两种封装。它可以和 大部分的单片机连接。主要特性是：全数字控制；兼容 Intel 系列的单 片机；载波频率最高可达 24kHz；输出调制波频率范围为 04kHz；16 位调速分辨率；8 位调压分辨率；内部 ROM 固化 3 种可选波形；可 设定死区时间和删除最小脉宽； 可实现正反转控制； 有看门狗定时器。 RT RB YT YB BT BB ZPPR WSS TRIP ADOAD7 WR RD ALE MUX RS CS CLK RESET SET TRIP SA4828 图 1 SA4828 的引脚图 国家自然科学基金资助项目，编号：50375008 2 2.2 SA4828 的引脚功能的引脚功能 SA4828 的引脚如图 1 所示，大体可以分为三类信号： （1）与单片机的接口信号 ADOAD7 、WR、RD、ALE 可直接与 Intel 系列的单片机相连。 （2）输入信号 CS 、CLK、RESET 分别为片选、时钟、复位信号；SET TRIP 可快速关断全部 SPWM 信号。 （3）输出信号 RT、YT、BY 、RB、YB、BB 分别控制逆变器的三个上、下桥臂的 6 个开关管，可直接驱动光耦。 ZPPR、WSS、TRIP 分别为调制波的频率、采样波形和封锁状态。TRIP 可直接驱动 LED。 3 变频器的组成变频器的组成 由 SA4828 构成的变频调速系统如图 2 所示。以 89C52 单片机为核心，其总线结构与 SA4828 完全兼 容，可以直接相连。给定的转速 nO(rpm)由三种方式设定：键盘、电位器（A/D）和上位机。单片机把它换 算成相应的控制字， 写入到 SA4828 的控制寄存器， 并从 RTBB 的 6 个引脚输出相应频率和电压的 SPWM 控制信号，经驱动电路隔离后，分别控制 IPM 的 6 个 IGBT，最后在三个输出端上产生对称的三相 SPWM 电压，以驱动交流电动机运转。利用转速编码器可以构成闭环调速系统，提高转速控制的精度。 4 SA4828 的编程的编程 SA4828 内部有 8 个 8 位寄存器 R0R5和 R14、R15。 R0R5用于暂存来自单片机的初始化数据或电机的控制 参数。R14、R15是两个虚拟的寄存器，物理上并不存在， 当向 R14写操作时， 实际上是把 R0R5的 48 位初始化数 据写入初始化寄存器。当向 R15写操作时，是将 R0R5 的控制参数写入控制寄存器。各寄存器的地址见表 1。 4.1 初始化编程初始化编程 初始化主要是设定变频器的基本参数包括：载波频率，调制波频率范围，死区时间，最小删除脉宽， 波形选择，幅值设定，看门狗时间常数设定，通过设定 R0R5的值实现初始化。初始化编程时 R0R5的内 容如表 2。具体参数计算方法如下： 表 2 初始化编程时 R0 R5的内容 寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 R0 FRS2 FRS1 FRS0 CFS2 CFS1 CFS0 R1 PDT6 PDT5 PDT4 PDT3 PDT2 PDT1 PDT0 R2 PDY5 PDY4 PDY3 PDY2 PDY1 PDY0 R3 AC 0 0 WS1 WS0 寄存器AD3 AD2 AD1 AD0 地址 R0 0 0 0 0 00H R1 0 0 0 1 01H R2 0 0 1 0 02H R3 0 0 1 1 03H R4 0 1 0 0 04H R5 0 1 0 1 05H R14 1 1 1 0 0EH R15 1 1 1 1 0FH 表 1 各寄存器名称及其地址 转速编码器 图 2 SA4828 组成的变频调速系统 电 动 机 主机 SA4828 隔离 驱动 电路 逆变 电路 IPM 89C52 ADO7 控制线 PWM 输 出 P0 口 控制线 A/D 键盘 显示 3 R4 WD15 WD14 WD13 WD12 WD11 WD10 WD9 WD8 R5 WD7 WD6 WD5 WD4 WD3 WD2 WD1 WD0 载波频率 fC的设定 fC = fCLK / (5122 n+1) fCLK为时钟频率，n 为 CFS2 CFS0三位二进制数对应的十进制数。 调制频率范围设定 fR = fC2m/384 m 为 FRS2 FRS0三位二进制数对应的十进制数，范围为 06。fR要根据所选电动机的最高转速来定。 死区时间 tPDY = (63nPDY) / (512 fC) 根据要求的 tPDY可求得相应 nPDY对应的 6 位二进制数 PDY5 PDY0。设置死区时间可防止共态导通。 最小删除脉宽 tPDT = (127nPDT) / (512 fC) 由 t PDT可算出 nPDT对应的 7 位二进制数 PDT6 PDT0。过窄的脉冲，只会增加开关损耗，应预以删除。 波形选择 SA4828 内部固化了 3 种波形，由 WS1、WS0选择，WS1WS0 = 00，为纯正弦波；WS1WS0 = 01 为增强 型正弦波，可使输出功率提高 20%；WS1WS0 = 10 为高效型正弦波，可减少开关损耗，提高效率。 幅值控制 AC = 0 时，R、Y、B 的幅值相同；AC = 1 时，R、Y、B 的幅值可以分别设置，以适应不平衡负载。 看门狗时间常数设定 t = 1024nTIM / fCLK 每次写数据时唤醒看门狗。若机器失控，没能在规定的时间内叫醒，则看门狗会立即封锁输出。 初始化数据一旦设定，在电机运行中不应改变，除非复位后再重新设置。 4.2 控制寄存器编程控制寄存器编程 控制寄存器主要用于改变调制波的频率调频和调制波的幅值调压及正反转，输出禁止，看门 狗选择，软件复位等。控制参数先暂存在 R0R5中，再写入 R15可将数据送到控制寄存器。内容见表 3。 表 3 控制寄存器编程时 R0 R5的内容 寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 R0 PFS7 PFS6 PFS5 PFS4 PFS3 PFS2 PFS1 PFS0 R1 PFS15 PFS14 PFS13 PFS12 PFS11 PFS10 PFS9 PFS8 R2 RST WTE CR INH F/R R3 Ramp7 Ramp6 Ramp5 Ramp4 Ramp3 Ramp2 Ramp1 Ramp0 R4 Bamp7 Bamp6 Bamp5 Bamp4 Bamp3 Bamp2 Bamp1 Bamp0 R5 Yamp7 Yamp6 Yamp5 Yamp4 Yamp3 Yamp2 Yamp1 Yamp0 调制波频率设置 f P = nPFSfR /65536 调频的分辨率为 1/216 ，nPFS为 二进制数 PFS 15 PFS0对应的十进制数 调制波幅值控制 AP = 100nA/255 调压的分辨率为 1/2 8 ，nA为 二进制数 Ramp7 Ramp0对应的十进制数 正/反转控制 F/R = 0时，为正转，相序为 R-Y-B；F/R = 1时，为反转，相序为 B-Y-R 输出禁止 INH = 0 时，关断全部输出信号 看门狗选择 WTE = 1 时，看门狗有效 软复位控制 RST=1 与硬件复位功能相同 计数器复位 CR = 0 使内部计数器复位 4.3 编程举例编程举例 设时钟频率 fCLK = 24.576MHz，要求载波频率为 6kHz，调制波频率范围 050Hz，死区时间为 6s， 最小删除脉宽为 12s，选用高效正弦波，三相对称，不用看门狗。各参数计算如下： （1）初始化参数计算）初始化参数计算 按照上述初始化参数的计算公式，结合本例的具体要求，不难得到： 4 n = 2， m = 2， 实际调制波频率范围为 f R =62.5Hz， R0 = 01000010B = 42H； nPDT = 90， R1 = 90 = 5AH； nPDY = 44，R2 = 44 = 2CH，R3 = 00000010B = 02H，不用看门狗，R4 = R5 = 0 （2）初始化子程序设计）初始化子程序设计 INIT： MOV DPTR, #0000H ；指向 R0的地址 MOV A, #42H ；载波、调治波频率设置 MOVX DPTR, A ；42H 装入 R0 INC DPTR ；指向 R1的地址 MOV A, #5AH ；最小删除脉宽设置 MOVX DPTR, A ；5AH 装入 R1 INC DPTR ；指向 R2的地址 MOV A, #2CH ；死区时间设置 MOVX DPTR, A ；2CH 装入 R2 INC DPTR ；指向 R3的地址 MOV A, #02H ；幅值、波形选择 MOVX DPTR, A ；02H 装入 R3 INC DPTR ；指向 R4的地址 MOV A, #00H ；不用看门狗 MOVX DPTR, A ；00H 装入 R4 INC DPTR ；指向 R5的地址 MOVX DPTR, A ；00H 装入 R5 MOV DPTR, #000EH ；指向 R14的地址 MOVX DPTR, A ；R0 R5装入初始化寄存器 （3）控制参数计算）控制参数计算 按照上述控制参数的计算公式，不难得到： nPFS = 52429 = 0CCCDH，R0 = 0CDH，R1 = 0CCH；R2 = 06H；R3 = 0FFH，R4、R5不用管 （4）调速子程序设计）调速子程序设计 CTRL： MOV DPTR, #0000H ；指向 R0的地址 MOV A, #0CDH ；转速控制字低 8 位 MOVX DPTR, A ；0CDH 装入 R0 INC DPTR ；指向 R1的地址 MOV A, # 0CCH ；转速控制字高 8 位 MOVX DPTR, A ；0CCH 装入 R1 INC DPTR ；指向 R2的地址 MOV A, # 06H H ；看门狗、正反转控制 MOVX DPTR, A ；06H H 装入 R2 NC DPTR ；指向 R3的地址 MOV A, #0FFH ；R 相幅值控制 MOVX DPTR, A ；0FFH 装入 R3 ，只须写入 R 相的值，其余两相相同 MOV DPTR, #000FH ；指向 R15的地址 MOV