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三相SPWM发生器HEF4752在变频调速系统中的应用
三相SPWM发生器HEF4752在变频调速系统中的应用 关键词：正弦波脉宽调制；脉宽调制；
交流调速 引言 随着电力电子技术及大规模集成电路的发展，基于集成SPWM电路构成的 变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而 得到广泛应用。本文介绍的变频调速系统是以大规模专用集成电路HEF4752为核 心构成的控制电路，由HEF4752产生的三相SPWM信号经隔离、放大后，驱动由 IGBT构成的三相逆变器，使之输出SPWM的波形，实现异步电动机变频调速。
1 系统硬件电路 整个系统的硬件电路由主电路、控制电路、驱动电路、保护电路等构成， 其电路框图如图1所示。
1．1 主电路 主电路为AC/DC/AC逆变电路，由三相整流桥、滤波器、三相逆变器组成。
三相交流电经桥式整流后，得到脉动的直流电压经电容器滤波后供给逆变器。
1．2 控制电路 控制电路框图如图2所示。在该控制电路中，分别由三个CD4046产生推迟 时钟（OCT）和参考时钟（RCT）、频率控制时钟（FCT）和电压控制时钟（VCT） 3路时钟信号供给HEF4752，由HEF4752产生三相6路SPWM波形通过光电隔离后 去控制主电路。
1．3 HEF4752简介 HEF4752是采用LOCMOS工艺制造的大规模集成电路，专门用来产生三相 SPWM信号。它的驱动输出经隔离放大后，可驱动GTO和GTR逆变器，在交流变 频调速中作控制器件。其引脚如图3所示。
图2 1．3．1 主要特点主要特点如下：
1）能产生三对相位差120°的互补SPWM主控脉冲，适用于三相桥结构的 逆变器；
2）采用多载波比自动切换方式，随着逆变器的输出频率降低，有级地自 动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉冲和噪声等所造成 的恶劣影响。调制频率可调范围为0～100Hz，且能使逆变器输出电压同步调节；
3）为防止逆变器上下桥臂直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔，间隔 时间连续可调。1．3．2引脚说明 HEF4752为28脚双列直插式标准封装DIP芯片，它有7个控制输入，4个时 钟输入，12个驱动信号输出，3个控制输出。各管脚功能描述如表1所列。
表1 HEF4752管脚功能 引 脚 名 称 功 能 1 OBC1B 相换流开关信号1 2 OBM2B 相主开关信号2 3 OBM1B 相主开关信号14 RCT 最高开关频率基准时钟 5 CW 电机换相控制信号 6 OCT 推迟输出时钟 7 K 选择互锁推迟间隔 8 ORM1 R相主开关信号1 9 ORM2 R相主开关信号2 10 ORC1 R相换流开关信号1 11 ORC2R相换流开关信号2 12 FCT 频率时钟 13 A 复位输入控制 14 VSS 接地端 15 B 测试电路用信号 16 C 测试电路用信号 17 VCT 电压时钟 18 CSP 电流采样脉冲 19 OYC2Y相换流开关信号2 20 OYC1 Y相换流开关信号1 21 OYM2 Y相主开关信号2 22 OYM1 Y相主开关信号1 23 RSYN R相同步信号 24 L 停止/启动系统 25 I 选择晶体管/晶闸管模式 26 VAV 平均电压 27OBC2 B相换流开关信号2 28 VDD 工作电压(10V) 1．3．3输入引脚功能 1)输入引脚I用来决定逆变器驱动输出模式的选择，当引脚I为低电平时， 驱动模式是晶体管，当引脚I为高电平时，驱动模式是晶闸管。
2)输入控制信号引脚K和时钟输入引脚OCT共同决定逆变器每对输出信号 的互锁推迟间隔时间。
为防止逆变器同一桥臂的两只管子同时导通，互锁推迟间隔的长短和晶闸 管模式下触发脉冲串的频率和宽度，见表2。
表2 互锁推迟间隔与触发脉冲的频率及宽度 K 互锁推迟间隔/ms 触发脉冲频率/kHz 触发脉冲宽度/ms 0 8/fOCT fOCT/8 2/fOCT 1 16/fOCTfOCT/16 4/fOCT 根据主电路的要求，选取互锁推迟间隔为td=10μs，这里把K置为低电平， 则联锁延迟周期td=8/fOCT，即0.01ms=8/fOCT，故 fOCT=800kHz （1） 3)相序输入引脚CW用来控制电机转向，当引脚CW为低电平时，相序为R， B，Y；
当引脚CW为高电平时，相序为R，Y，B。
4）输入引脚L用来控制模块的起动/停止。当IGBT－IPM模块PM25RSK120 出现过流、欠压、短路或过热等故障时，故障信号变为低电平。从而使L变为低 电平，封锁HEF4752所有的脉宽调制驱动输出，起到保护开关管的作用。在无故 障的情况下，L为高电平，解除封锁。
5)控制输入引脚A，B，C供制造过程试验用，工作时必须接到引脚VSS(低 电平)。但引脚A还有另外一个用处，即刚通电时，引脚A置高电平初始化整个IC 片，被用做复位信号。
6)时钟输入引脚FCT和VCT用来协调控制逆变器的输出频率与电压。引脚 FCT控制着逆变器的输出频率fout，从而控制了电动机的转速。在该系统中引脚 FCT的时钟频率为 fFCT=3360×fout=3360×55=184kHz （2） 100％调制时的输出频率的最大值fout(M)为 fout(M)=fle(0.624Ud)/Ule=66×(0.624×530)/380=58Hz （3） 式中：fle为电动机的额定频率；
Ule为电动机的额定电压有效值。
电路中fFCT在0～184kHz连续可调，对应fout的可调范围为0～58Hz。
电压控制时钟VCT是为保证在调速过程中电机主磁通为恒值，即电机电压与 频率比为常数而设置的，频率fVCT由式（4）确定，由fVCT决定输出波形的幅值。
fVCT(NOM)=6720fout(M)=6720×58=390kHz （4） 7）输入时钟RCT是固定时钟，用来设定最大逆变器开关频率fs(MAX)， 此处选取逆变器开关频率的最大值为2.8kHz，则时钟输入RCT的频率为 fRCT=280fs(MAX)=280×2.8=780kHz （5） 为了简化线路，可使fRCT=fOCT=800kHz，从而省掉了一个多谐振荡器。
值得注意的是：比值fFCT/fVCT(NOM)，低于0.5时调制是正弦的；
高于0.5 时波形向矩形波转变，在2.5左右达到全矩形波输出；
高于3时，由于内部同步电 路失去作用，波形变得很不稳定，可见3为频率比的上限。在本系统中，fFCT取 184Hz，fVCT(NOM)取390Hz，比值为184/390=0.470.5，输出波形为正弦波，能 够有效地减小谐波，减小电机的振动和噪声，保持好的机械特性。
2 实验结果 以下是对本控制系统，即图2的波形的采样和分析，由于供电电源采用＋ 12V，所以输出电平都为＋12V。
图4的三个波形分别是从CD4046的脚3、脚4出来的分别送到管脚VCT、 FCT、OCT和RCT的方波波形，其周期分别为2.6μs，5.4μs，1.3μs，对应频率分 别为fVCT=390kHz，fFCT=184kHz，fRCT=fOCT=800kHz。
图5是HEF4752的脚2、脚3产生的SPWM波形，从图可以看出它们的波形在 相位上是相反的，同时存在死区时间，图5(b)为图5(a)放大后的波形，从图5(b) 可以看出死区时间为td=10μs。从脚8、脚9和脚21、脚22输出的波形与此相似。
图6是从HEF4752的脚2、脚9输出的SPWM波形，图6(a)横轴为2.5ms/格， 图6(b)为1ms/格。周期都为18ms，输出基波频率fout=55Hz。从图可看出脚2波形 落后脚9波形120°。同样脚3、脚8；
脚9、脚21；
脚8、脚22输出波形与此相似。
3 结语 该电路运用性能良好的集成电路HEF4752，使外围控制电路简单，调试方 便，成本低。只须调节CD4046脚9的电位器，就可以在其脚3、脚4获得所需频率的方波，控制方波的频率就可以控制HEF4752输出SPWM信号（基波）的频率、 幅值和死区时间，实现交流电机变频调速。其输出波形良好，稳定可靠，实现起 来非常方便，故具有广阔的应用前景和实用价值。
