电力电子技术课件---第四章

1、第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4 41 PWM1 PWM控制的基本原理控制的基本原理4 42 2 单相单相PWMPWM逆变电路逆变电路 4 43 3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 4 44 PWM4 PWM控制变频系统中的功率接口控制变频系统中的功率接口 为负载提供可变交流电源的装置叫变频器，其功能是将电网电压提供的恒压恒频CVCF交流电变换为变压变频VVVF(通常简称3VF)交流电。变频器最典型的应用就是交流电动机的无级调速。变频电路按其电路结构特点、控制方式或输出波形的不同，可构成不同类型的变频器。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路第四

2、章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路变变 频频 器器 的的 分分 类类 如图4-1所示为交交变频器与交直交变频器的结构框图。图4-1a所示的交交变频器在结构上没有明显的中间滤波环节，来自电网的交流电被直接变换为电压、频率均可调的交流电，所以称为直接变频器。而图4-1b所示的交直交变频器有明显的中间滤波环节，其工作时首先把来自电网的交流电变换为直流电，经过中间滤波环节之后，再通过逆变器变换为电压、频率均可调的交流电，故又称为间接变频器。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路图4-1 变频器结构框图a）交交变频器 b) 交直交

3、变频器第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路图4-2 交直交电压型变频器的结构形式。 a） 可控整流器调压，逆变器调频 b）二极管整流，斩波器调压，逆变器调频。 c）二极管整流，PWM逆变器调压，调频。 图4-2a所示电路在整流环节调节可控整流器的控制角进行调压，逆变器只进行调频。图4-2b所示电路的整流器是不可控的，其调压是通过斩波器进行的，逆变器仅进行调频。图4-2a、b两种电路结构的共同特点在于都有专门的调压环节调整输出电压的幅值，从最后输出波形看，它们同属于脉冲幅度调制PAM方式。图4-2c所示电路则是以不可控制整流器接入电网，整流之后不调节电压幅度就送入逆变器，在逆变器同

4、时完成调频调压，因其电压幅值不可变，逆变器的调压靠改变电压输出脉冲的宽度来完成，从输出波形上看，该电路属于脉冲宽度调制PWM方式。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路 在图4-2b、c两种电路结构中，因采用不可控整流器，功率因数高。而在图4-2a电路中，由于采用可控整流，输出电压有换相电压降产生，谐波的无功功率使得输入端功率因数降低。在图4-2a、b两种电路结构中，独立的调压调频环节使之容易分开调试，但系统的动态反应慢。图4-2c所示的电路结构则具有动态响应快，功率因数高的特点。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路

5、图4-3 交直交电流型变频器结构图 a）可控整流器调节电压，逆变器调节频率。 b）二重化结构。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路 图4-3a中可控整流器调节电压和电流的大小，逆变器调节输出电压频率，电容Cd为电流型滤波环节， Ld为限流电感。由于电流型变频器很少进行脉冲宽度调制，而图4-3a结构的电路输出电流波形(方波)中谐波分量太大，影响了电动机的低速性能，因此，对电流型变频器可以采用图4-3b所示的二重化结构。该结构中，上下两套变频器的输出方波电流频率一致，但相位上错开一定角度，输出时将两套变频器的输出电流进行叠加，叠加之后输出的交流电流将成为多阶梯的波形，更接近于正弦波，

6、有利于抑制低速运行时的转矩脉动，扩大运行范围。 综合以上分析可知，图综合以上分析可知，图4-2b4-2b、c c和图和图4-34-3电路结构在运电路结构在运行中存在以下缺点：行中存在以下缺点：(1)调压与调频需要两套可控晶闸管变换器，开关元件多，控制线路复杂。(2)晶闸管可控整流侧在低频低压下功率因数太低。(3)逆变器输出的阶梯波交流电压(电流)谐波分量较大，因此变频器输出转矩的脉动率 大，低速时影响电动机的稳定工作。(4)由于储能电容的充放电时间长，变频器的动态反应慢。(5)变压器漏抗对电网产生的影响较大。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉

7、宽调制变频电路 PWM PWM型变频器有以下几个优势：型变频器有以下几个优势：(1)主电路只有一个可控的功率环节，开关元件少，控制线路简单。(2)整流侧使用了不可控整流器，电网功率因数与逆变器输出电压无关而接近于1。(3)通过对PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次谐波，实现接近正弦形的输出交流电压波形。(4)调频调压在同一环节实现，无中间储能环节，动态响应加快。 得益于以上这些优势， PWM控制方式正逐步取代其它形式的电路结构在变频技术和产品中占领主导地位。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1 PWM4.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理图图4-4 PWM4-4

8、 PWM交交直直交变频电路图交变频电路图 图4-4是典型PWM交直交变频器主电路图，其整流环节采用不可控二极管整流桥，其输出电压经电容滤波后形成不可调的直流电压Ud。而逆变环节则以六只功率开关器件和辅助元件构成，这些开关器件可以选用功率晶体管GTR，功率场效应晶体管MOSFET，绝缘门极晶体管IGBT等。控制逆变器中的功率开关器件按一定规律导通或断开，逆变器的输出侧即可获得一系列恒幅调宽的输出交流电压，该电压为可调频、可调压的交流电VVVF。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1 PWM4.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电

9、路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脉宽调制原理脉宽调制原理 图4-5为GTR元件作为功率开关的PWM逆变器主电路原理图。对逆变器的变压变频控制，是通过对功率开关VT1-VT6的规律性通断控制来实现的，所以，PWM逆变器的通断控制规则即脉冲宽度调制方式决定着逆变器的输出性能。脉宽调制的方式很多：由调制脉冲的极性可分为单极性和双极性；由载波信号和参考信号 (或控制波信号)的频率关系可分为同步调制方式和异步调制方式。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脉宽调制原理脉宽调制原理图4-5 PWM逆变器主电路原理图第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽

10、调制变频电路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脉宽调制原理脉宽调制原理1.1.单极性脉宽调制单极性脉宽调制（1）参考信号为直流电压的脉宽调制方式 在单极性脉宽调制中，控制信号与载波信号都是单极性的信号。对图4-5所示的电路而言，当参考信号为单极性直流电压ur，载波信号为单极性三角波ut时，对电路A相(即VT1、VT4桥臂)的调制规律如下：输出电压正半周由VTl提供，VT4截止。 ur ut时， VTl导通； ur ut时， VT4导通； ur ut时：VT1导通， VT4截止；ura ut时： VT1截止， VT4导通。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.1 PWM4

11、.1.1 PWM脉宽调制原理脉宽调制原理 双极性SPWM调节输出交流电压幅值和频率的方式与单极性SPWM相同，都是靠调节正弦参考波的幅值和频率来实现的。图4-9 双极性SPWM调制原理 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脉宽调制原理脉宽调制原理3.3.同步调制同步调制 在SPWM调制方式中，定义载波频率ft与控制波频率fr之比为载波比，用Nftfr表示。如果在调制过程中保持比值N为常数，则称为同步调制方式，如果该比值N不为常数，则称为异步调制方式。同步调制的优点是，在开关频率较低时可以保证输出波形的对称性。但是，在载波频率较高时，同步调制几乎

12、失去了应用的价值。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脉宽调制原理脉宽调制原理4.4.异步调制异步调制 异步调制时，在控制波频率fr变化的同时，载波频率ft保持不变。这样，在逆变器整个变频范围内，输出电压半波内的矩形脉冲数是不固定的，很难保持三相波形的对称关系且不利于谐波的消除。正由于是异步调制，在低频输出时，一个信号周期内，载波个数成数量级增多，这对抑制谐波电流、减轻电动机的谐波损耗及转矩脉动大有好处。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脉宽调制原理脉宽调制原理5.5.分段同步调制分段同步调制

13、对于BJT和GTO之类开关频率不很高的功率器件，单使用同步调制或异步调制都有失偏颇，综合两者的优点，还可以采用分段同步式调制方式，当频率fr降低较多时，分段有级地增加载波比N，即对不同的fr 频段取不同的N值，频率低时取N值大些，一般按等比级数安排。N的切换应注意两点： (1)不出现电压的突变。 (2)在切换的各临界点处设置一个滞环区，以免在输出频率恰落在切换点附近时造成载波频率反反复复变换不定的所谓振荡现象。这种方式的缺点是，在N值切换时可能出现电压突变甚至振荡。 图图4-10 4-10 分段同步调制分段同步调制第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.1 PWM4.1.1

14、PWM脉宽调制原理脉宽调制原理第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 在SPWM系统中，通常是利用三角载波与正弦参考波进行比较以确定逆变器功率器件的开关时刻，从而控制逆变器输出可调正弦波形。这一功能可由模拟电子电路、数字电子电路、专用的大规模集成电路等装置来实现，也可由计算机编程实现。SPWM系统开关点的算法，主要分为两类：一是采样法，二是最佳法。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 1.1.自然采样法自然采样法 在上一节中

15、讨论的几种调制输出波形的脉冲宽度，均是由正弦参考波与三角载波自然相交来确定的，所以称之为自然采样法。根据采样规则的不同，采样法又可分为对称规则采样和不对称规则采样两种。 图4-11 自然采样法（不对称）)sin(sin21211 222BAtttMTttt第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 2.2.对称规则采样法对称规则采样法 为了解决不对称自然采样法存在的缺点，产生了所谓的对称采样法，如图4-12所示是一种较为简单的对称采样法，其脉冲发生时刻A点与自然采样法一致，而以三角载波中心线为对称轴来求取脉冲结束时

16、刻B点，则 t1=t3，t2=t2。 ）（AttMTttt1 222sin1222(4-3) 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 图4-12 对称规则采样法图4-12 平均对称规则采样法第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 3.3.平均对称规则采样法平均对称规则采样法 综合上述两种采样法的优点，可得到如图4-13所示的平均对称规则采样法。该法以三角载波的中心线与正弦控制波的交点E为采样电压值，由E点水平截取三角载波对应值A

17、、B两点，从而确定脉宽时间t2 ）（ettMTt12sin12）（23121tTttt（4-4）第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 4.4.指定谐波消除法指定谐波消除法 指定谐波消除法是SPWM控制模式研究中一种比较有意义的开关点确定法。在这种方法中，脉冲开关时间不是由三角波与控制波的交点确定的，而是从消除某些指定次谐波的目的出发，通过解方程组解出来的。 图4-13所示为半周期内只有三个脉冲波的单极式SPWM波形。在图示的坐标系中，将SPWM电压波形展成傅氏级数为tkkkkUtukd13211cossins

18、insin12)( 式中k为奇数，由于SPWM波形的对称性，不存在偶数次谐波。 sinsinsin23211dmUU05sin5sin5sin523215dmUU07sin7sin7sin7823217dmUU 设控制要求逆变器输出的基波电压幅值为U1m，并要求消除五次、七次谐波(三相异步电动机无中线情况下不存在3及3的整数倍谐波)，按上述要求，可列出下列方程组： 求解上述方程组即可得到合适的开关时刻l、2与3的数值。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 图4-13 三脉冲波的单极式SPWM波形第四章第四章P

19、WM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的开关点算法波形的开关点算法 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.2 4.2 单相单相PWMPWM逆变电路逆变电路 图4-14 单相PWM逆变器主电路图4-15 SPWM平均对称采样控制输出调制波形第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.2 4.2 单相单相PWMPWM逆变电路逆变电路 图4-14所示为单相PWM全桥式逆变器的主回路。对电路进行分析可知，当VT1和VT4导通时，负载上得到的输出电压UAB=+Ed，而当VT2和VT3导通时，负载上得到的输出电压UAB=Ed。当VT1VT

20、4全部截止时，UAB=0。调节上述输出电压+Ed和Ed的宽度比，就可获得所期望的输出电压波形。 在图4-14中，如采用正弦参考波ur(rt)与三角载波ut(tt)进行比较，并依据一定的采样法对电路进行控制，可得到如图4-15所示的输出调制波形。 4.3.1 4.3.1 工作原理分析工作原理分析 图4-16所示为三相桥式SPWM逆变器的主回路，如按第三章所述逆变器的导通规律：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1对功率开关元件进行控制，则对称三相负载上将分别得到在第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 dE21到之间变化

21、的脉冲电压。 由于三相正弦参考波与三角载波通过调制电路分别进行比较后对脉冲的宽度比进行调节，负载上将得到一个与参考波成一定比例的电压脉冲序列。 dE21第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 图4-16 三相桥式SPWM逆变器主电路 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 图4-17 三相桥式逆变器SPWM控制原理第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 图4-18 晶体管通用型三相

22、PWM逆变器主电路原理图 滤波电容器Cd起着平波和中间储能的作用，提供电感性负载的无功功率。 PWM逆变器主要由6个大功率晶体管VT1-VT6、6个续流二极管VD1-VD6、泵升电压限制电路(R7、VT7)组成，VT1-VT6工作于开关状态，其开关模式取决于供给基极的PWM控制信号，输出交流电压的幅值和频率通过控制开关脉宽和切换点时间来调节。VDl-VD6用来提供续流回路。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 4.3.2 4.3.2 主电路的检测与保护主电路的检测与保护 在通用变频器中，GTR工作在开关状态，其最关键的

23、技术参数是反向封锁电压Vceo和正向导通电流Icm，此外还须计算校核集电极功率耗散Pc是否在限定值之内，因此，变频器工作中需要进行电压、电流检测以及结温检测。结温不但与集电极功耗有关，也与散热器热阻有关，一般在散热器上加装温度传感器进行结温检测。 由于逆变器的最高工作电压也就是直流母线电压Ud，所以应对Ud进行电压监视。电压信号的采样方式很多，如采用电阻分压、霍尔传感器等均可用于对Ud进行电压采样。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PW

24、MPWM逆变电路逆变电路 变频器中的过电流信号主要分为内部直通电流和外部故障电流两大类。内部直通电流只在变频器内部逆变电路的同桥臂GTR间形成环流，由于电流不经过负载，回路电阻较小，可能导致较大的过电流。外部故障电流主要是由负载过重或外电路短路等故障造成的，电流通路相对较复杂，通常情况会同时影响到变频器的交流侧和直流侧，所以，对变频器中电流的检测较为复杂。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.3 4.3 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路 图4-19 三相PWM逆变器主电路信号检测原理第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调

25、速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 可构成PWM变频系统主电路的功率开关器件很多，如GTR、GTO、IGBT等，其控制电路无论是由分离组件构成还是由大规模集成电路或计算机系统构成，其输出控制信号均为低电压、小功率信号，难以有效驱动主电路中的功率开关器件，需要配置适当的功率接口来连接控制电路与主电路或单片机电路与驱动电路。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 4.4.1 4.4.1 大功率晶体管的基极驱动电路大功率晶体管的基极驱动电路 GTR的导通与关断是由基极驱动信号控制的，因此，基极驱动电路必

26、须适应于GTR器件的要求。GTR器件本身的放大倍数受集电极电流与结温的影响，其开关速度受导通时间ton和关断时间toff的限制。（一）分立组件驱动电路（一）分立组件驱动电路 典型的GTR分立组件驱动电路如图4-20所示。当驱动信号为1时，非门输出为0，光电三极管导通，使VT1截止，VT2导通，VT3截止，GTR基极电流流经E1VT2RCVD2beE1低电位。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图图4-20 4-20 分立组件分立组件GTRGTR驱动电路原理图驱动电路原理图第四章第四章PWM脉宽调制变频

27、电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 （二）集成模块化驱动电路（二）集成模块化驱动电路 集成化驱动模块的种类很多，其电路结构和性能取决于其所驱动的功率开关器件的种类和主电路对控制电路的功能要求等因素。 M57215BL为GTR专用驱动模块，可驱动50A、1000V的GTR器件。该电路的开关频率为2kHz，其内部结构如图4-21所示，PWM信号输入端不带非门，需要外接。其外部接线如图4-22所示。其脚接正电源+10V，脚接负电源3V。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变

28、频调速系统中的功率接口 图4-21 M57215BL驱动模块内部原理图 图图4-22 M57215BL4-22 M57215BL驱动模块内部原理图驱动模块内部原理图第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 EXB841是快速型IGBT专用驱动模块，可驱动300A，1200V的IGBT器件。该电路开关频率可高达40kHz-50kHz，信号延迟时间不超过1s，外部只需要提供+20V的单电

29、源，内部自己产生5V反偏压。该模块采用高速光耦隔离，射级输出，并具有短路保护及慢速关断功能。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图图4-23 EXB8414-23 EXB841的内部原理的内部原理第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图4-24 EXB841驱动模块应用电路第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 4.4.2 P

30、WM4.4.2 PWM大规模单片集成电路大规模单片集成电路（一）（一）HEF4752HEF4752及其应用及其应用 HEF4752是全数字化的三相SPWM波生成集成电路。这种芯片既可用于有强迫换流电路的三相晶闸管变频器，也可用于由全控型开关器件构成的变频器。对于后者，可输出三相对称SPWM波控制信号，调频范围为0200Hz。由于它生成的SPWM波的最大开关频率比较低，一般在lkHz以下，所以较适于以BJT或GTO为开关器件的变频器，而不适于IGBT变频器。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路了解HEF4752芯片的基本功能和作用图图4-25 HEF47524-25 HEF4752

31、管脚排列图管脚排列图4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 2 2HEF4752HEF4752电路结构及工作原理电路结构及工作原理(1)(1)电路结构电路结构 HEF4752电路结构原理如图4-28所示。从图中可以看出，HEF4752由FCT计数器、VCT计数器和RCT计数器等三个计数器，一个译码器，三个输出口以及供生产厂家测试用的试验电路组成。 HEF4752能产生输出频率从0Hz至200Hz可调的三相SPWM信号，并可使输出电

32、压随输出频率成线性变化。其调制原理的主要依据是SPWM不对称规则采样法。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图4-28 HEF4752内部结构框图第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 不对称规则采样法SPWM波的脉宽为(4-10)脉宽可以用电角度表示为：112)(iiiiit(4-11)若令i代表脉宽t2i的前沿角度和后沿角度，则iii(4-12)BttAtBAttMTTtMTttMTttt1111 222sin4

33、2sin4)sin(sin212第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图图4-29 4-29 双边调制方法双边调制方法第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 HEF4752输出的SPWM波的输出频率f与开关频率fr决定于频率控制时钟FCT。 图4-30开关频率fr与输出频率f的关系 图4-32不同分频数下fr与f的关系 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接

34、口变频调速系统中的功率接口 图4-30 N=15时的双边调制波 a)N=15时的等脉宽矩形波 b)N=15时的A相双边调制波 c)N=15时的B相双边调制波 d)N=15时的C相双边调制波 e)N=15时的线电压UAB输出波第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 表4-1 各切换点的开关频率值输出频率f(Hz)载波频率比N 开关频率fr(Hz)3.575.95 168 60010005.00 8.33 120 60010007.14 11.90 84 600100010.0016.67 60 6001000

35、14.29 23.81 42 600100020.00 33.30 30 600100028.57 47.62 21 600100040.00 66.67 15 6001000第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 3 3HEF4752HEF4752的应用举例的应用举例以上所述与HEF4752配套的电路是由模拟电路与数字电路构成的。当然，也可以使用微机，用硬件与软件相结合的方法完成上述电路功能。图图4-33 HEF47524-33 HEF4752控制的控制的SPWMSPWM变频器变频器第四章第四章PWM脉宽

36、调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 （二）（二）SLE4520SLE4520及其应用及其应用 HEF4752三相SPWM集成电路能设置的开关频率比较低，不适合于IGBT变频器。SLE4520是德国西门子公司生产的一种CMOS大规模专用集成电路。它是一个可编程器件，能把三个8位数字量同时转换成二路相应脉宽的矩形波信号，与单片机及相应的软件结合，能以很简单的方式产生三相逆变器所需的六路控制信号。由于其输出的SPWM波的开关频率可达20kHz，基波频率可达2600Hz。因此，适用于IGBT变频器或其它中频电源变频器。第四章第四章P

37、WM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图4-34 SLE4520管脚排列图1 1SLE4520SLE4520的管脚排列及的管脚排列及功能功能SLE4520为双列直插式28脚大规模集成电路，如图4-34所示。它有13个输入端、5个控制端、8个输出端、2个电源端。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 (1) (1) 输入端输入端XTALl (管脚2)、XTAL2 (管脚3)外接晶振输入端。 P7-P0 (管脚4-11)8位数据输入端

38、 SYNC (管脚27) 来自微机的触发脉冲信号输入端 WR (管脚24) 来自微机的脉冲信号输入端 ALE (管脚25)地址锁存允许输出端， 与单片机的ALE线相连 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 (2)(2)控制端控制端CLEARSTATUS(管脚21)、SETSTATUS(管脚22)为通断状态触发器的两个输入端，即清零端与置位端。RES(管脚23)SLE4520的复位端，可与微机复位电路的输出相连。CS(管脚26)SLE4520的片选信号输人端，可与微机系统的译码电路输出端相连。INHIBIT

39、(管脚19)脉冲封锁端，接保护电路的输出。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 (3)(3)输出端输出端PH1/1(管脚18)、PHl/2(管脚17)、PH2/1(管脚16)、PH2/2(管脚14)，PH3/1(管脚13)、PH3/2(管脚12)分别为变频器A、B、C三相上、下桥臂开关器件的控制信号输入端，接三相变频器驱动电路的输人端，提供驱动三相变频器的SPWM信号。STATUS(管脚20)通断状态触发器的输出端CLKOUT(管脚28)晶振频率输出端(4)(4)电源端电源端UDD(管脚1)电源正端，接+

40、5V电源。USS(管脚15)电源负端，接地 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 4-35 SLE4520的内部结构框图 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 2 2SLE4520SLE4520电路结构及工作原理电路结构及工作原理(1) (1) 电路结构电路结构 SLE4520的内部结构如图4-35所示。它的内部有一个死区时间生成及输出寄存器，一个四位死区(互锁)时间寄存器，三个过零检测器，三个可预置计数器，三个8位

41、数据寄存器，一个四位分频控制寄存器和一个1:n预置分频器，一个1:4地址译码锁存器及一个通断控制触发器共17个单元线路。这些单元线路分别与SLE4520的内部数据或控制总线相连。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 (2)(2)工作原理工作原理表4-2 SLE4520内部寄存器地址表地址 寄存器 00 A相寄存器 01 B相寄存器 02 C相寄存器 03 死区寄存器 04 分频控制寄存器 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的

42、功率接口 表4-3 SLE4520死区寄存器取值及产生的死区时间取值死区时钟为1:4 死区时钟为1:6 时延时/s 时延时/s 1 0.33 0.5 3 1.0 1.5 5 1.66 2.5 14 4.66 7第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 表4-4 分频控制寄存器的取值表取值分频计数频率斩波频率死区时钟01:43MHz 1:411:62MHz 15.6 kHz 1:621:81.5MHz 1:431:121kHz 7.8 kHz 1:641:16750kHz 1:451:24500kHz 3.9

43、kHz 1:661:32375kHz 1:471:48250kHz 1.95 kHz 1:6第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 3 3SLE4520SLE4520应用举例应用举例 如上所述，SLE4520是一个可编程三相PWM集成电路，与微机配合使用能把三路8位数字量转换成三路脉宽调制信号，形成三相SPWM波，驱动三相功率开关器件。虽然也可以和16位微机配合使用，但因SLE4520是8位可编程芯片，一般情况下可与8位微机配合使用。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4

44、PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图4-36 用8031微机系统与SLE4520配合使用生成SPWM波驱动IGBT变频器第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 ( (三三)MA818)MA818及其应用及其应用 MA818是英国Marconi公司推出的、可产生三相PWM控制信号的大规模集成电路芯片，采用标准双列直插式40脚封装(如图4-37所示)或44脚方形塑料封装。该芯片与SLE4520相似，是一种通用的可编程微机控制外围芯片，虽然它必须和微处理器配合使用，但微机的介入程度很低，它本

45、身的功能比SLE4520强，在应用于对IGBT的控制时，尤其方便，其可输出纯正弦波波形。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图4-37 MA818管脚排列图1 1MA818MA818的管脚排列及功能的管脚排列及功能各管脚按其基本功能可划分为以下三部分：(1)用于与微处理器接口 的MOTEL多用总线 (2)用于与存储正弦调制 波形的EPROM连接的 11根地址线A0-A10 和4根数据线D0-D3。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频

46、调速系统中的功率接口 (3)三相PWM输出线及控制线。包含具有标准TTL电平的6个端口RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT和BPHB7，分别用于三相逆变器六个全控器件的端口驱动电路的控制信号。封锁状态输出脚TRIP用来表明输出脚的状态。 此外，UDD为5V电源引脚，USS为零电平电源引脚，CLK是时钟输入端。零相脉冲信号ZPP能输出与调制波同频率的脉冲波。 第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 图4-38 MA818电路结构框图第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4

47、.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 2 2MA818MA818电路结构及工作原理电路结构及工作原理(1)电路结构 MA818主要由三部分构成：接收并储存微处理器命令的控制字部分。它主要由总线控制，总线译码，暂存器R0、R1、R2，虚拟寄存器R3、R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器组成。从EPROM中读出正弦调制波形的数据部分。它由地址发生器和数据缓冲器组成。三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路。每相输出控制电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路组成。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的

48、功率接口 (2)工作原理1）MA818在工作之前，两个24位寄存器(初始化寄存器和控制寄存器)要先从微机中输入命令字。 2）MA818采用规则采样法产生SPWM波形。它内部具有一个地址发生器和一个输入数据缓冲器，能从外部微机系统PROM/EPROM中直接读取用户按要求定义的各种精确的、用于产生SPWM脉冲序列的调制波形，并与三角载波比较，从而产生所需要的SPWM波形。 3）脉冲延迟电路的作用是在改变任一相两个开关器件的状态时，提供一个较短的延迟时间，使在这段时间里两个开关都处于关状态。第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 (3)MA818寄存器的设置方法 1）初始化寄存器的编程。先将控制字确定的三角波载波频率、调制波频率范围(PWM输出调制波的最高可能频率)、脉冲延迟时间、最小脉冲宽度、计数器复位等参数送入三个8位暂存器R0、R1、R2中，再输送到24位初始化寄存器第四章第四章PWM脉宽调制变频电路脉宽调制变频电路4.4 PWM4.4 PWM变频调速系统中的功率接口变频调速系统中的功率接口 2）控制寄存器的编程。由控制字确定调制波频率选择、正转/反转选择、调制波幅值选择、过调制选择、输出禁止选择等参数，先将这些参数送入三个8位暂存器R0、R1、R2