一种基于SA4828的三相组合式逆变器设计

随着科学技术的发展，对电源设备也提出了更高的要求。为了满足众多的用户，电源的规格品种是越来越多，由于电源的应用对象具有多样性、新颖性和复杂性，所以电源设备不仅要做到高质量、高效率、高可靠性，而且要有适应其各式各样负载的输出特征。三相输出的逆变电源，在集中供电等多数情况下，都会面临三相负载不平衡问题，严重的是负载100%不平衡。即使电源在安装使用之初，尽量分配三相负载达到平衡，可在用电过程中却无法保证三相负载同时开、关机，加上逆变器内阻比起发电机的内阻要大得多，因而引起的各种影响不得忽视。

为了取得标准一致便于分析，将三相负载100%不平衡，定义为两种情况，第一种情况为其中一相满载，另外两相空载;第二种情况为两相满载，另一相空载。

我们大致统计一下负载不平衡对输出电压的影响，如表1所示。

表1负载不平衡对输出电压的影响

三相负载不平衡度 0%～20% 21%～35% 36%～50% 51%～100%

三相电压不平衡度 <2% <5% <10% ≥10%

一般三相逆变电源，输出电压的不平衡度指标为<2%。从表1可看出，当负载不平衡度>20%时，电压不平衡度已经超标。

三相负载100%不平衡时，引起逆变器的输出有的相电压升高，有的相电压降低，使逆变器无法正常工作，甚至造成负载损坏。于是解决三相逆变电源，在负载100%不平衡时，能正常工作刻不容缓。然而，单纯要求用户在使用过程中，保持三相负载平衡，显然不现实，只有在逆变电源本身寻找切实可行的解决办法。

目前解决负载100%不平衡，采用的办法有两种，一是将输出变压器，三相绕组重新分配后再串联起来。这种方法虽然简单，部分解决了负载不平衡，但没有彻底解决负载100%不平衡的情况，同时电压的稳定度不高。二是将逆变部分，分为三个独立的桥式逆变器，然后按相位差120°、240°的相序，组合为一个三相输出的逆变电源。这种系统彻底解决了负载100%不平衡的问题，结构关系非常明确，保证了三相输出电压平衡，电压稳定度高。但电路较复杂，器件增多，成本提高。在产品设计之初，必须考虑产品最终的各项技术指标及性能，然后决定系统的工作模式与控制方式。综合以上两种方案，我们在研制新产品过程中，为了达到较好的输出电压稳定度和平衡度，采取了第二种方案。在系统设计中优化电路，减少器件，降低成本。特别是采用MITEL公司的 SA4828与单片机，简化控制电路取得较明显效果。

图1系统原理框图

图2 SA4828管脚图

系统构成

主电路主要由AC/DC整流滤波、DC/AC三个独立的单相桥式逆变器、输出滤波三大部分所构成。原理框图如图1所示。

输入三相380V、50Hz交流电压，经EMI抑制、整流、滤波后的直流高压，供给三个单相半桥逆变器。三个逆变器分别在控制电路相位差 120℃、240℃的驱动信号作用下，输出SPWM波形。最后经三个独立的变压器及滤波电路，组合成所需要的三相输出电压。其中逆变器开关管，采用了 IPM智能模块，由于开关管两端通、断峰值电压很小，所以不需再加特殊的吸收电路。输出变压器采用了集成电感技术，使变压、滤波一体化，降低了噪声,提高了效率，增加了可靠性。电路简单明了，无论负载如何不平衡，都不会使三相输出电压的不平衡度超标。

控制方案

本系统采用三相高精度PWM波产生器SA4828与单片机为主，构成控制电路。SA4828是MITEL公司继SA828、 SA838PWM波产生器系列之后，推出的新一代性能更优、功能更强的大规模集成电路。它与微处理器连接，完成了所有外围的检测、控制和保护等功能，使系统智能化。

1SA4828简介

(1)SA4828主要特点

①灵活的控制功能SA4828能选择三种不同的输出波形，并且能通过软件决定三相输出波形的幅值，是统一控制，还是三相分别独立控制。这一功能扩大了用户的使用范围，尤其在需要解决逆变器负载100%不平衡的问题时，显得非常重要。

②更高的频率精度调制波频率采用的是十六位，增加了频率的分辩率，提高了逆变器输出频率的精度。

③可靠性高SA4828新增加了“看门狗”电路，进行监控，程序运行安全可靠。SA4828还采用了谐波抑制技术，降低了开关管的损耗。

(2)管脚说明

SA4828为标准28脚双列直插式封装，如图2所示。主要管脚分类说明如下：

①驱动信号及检测

RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB为三相可独立控制的TTL驱动信号，第一个字母表示红、黄、蓝三相，分别相差120°、240°，后面的字母“T”为上开关管驱动信号，“B”为下开关管驱动信号。

图3 SA4828原理框图

表2寄存单元地址及说明

TRIP为状态输出指示。