the high efficiency legionary aerial static transducer
abstract： the application of sa866ae in the static transducer of 115v400hz is introduced in detail. the particular circuit diagram and pivotal parameter is described.
key words：static transducer pwm odulate sa866ae
1 引 言
目前，正弦波脉宽调制技术（spwm）一般采用两种方法实现：一种是模拟方式，利用数字和模拟电路分别产生正弦波和三角波，利用比较电路产生相应的驱动信号，其缺点是电路复杂、精度低，有温漂现象；另一种是数字方式，又分为单纯由单片机来实现和利用特殊功能芯片来实现两类；前者的缺点是单片机工作量大，系统精度难以保证，而利用特殊功能芯片进行调制可以最大限度地简化电路，提高系统的性能。saa866ae是mitel公司于1999年最新推出的高精度三相spwm控制器，其特点是可以不依靠单片机，只需要一片串行eeprom存贮预置的数据，就可以可靠地工作。利用这一芯片，我们研制了800va的单相静态逆变电源，该电源采用直流27v输入，可以输出115v400hz的正弦波电压
2 sa866ae的工作原理
2.1 主要特性
mitel公司生产的sa866ae可专门用于静态变频器的控制电路，其主要特点是：
(1) 独立工作，无需微处理器，所有的参数均可写入一片eeprom中，从而简化了系统，提高可靠性。
(2) 外围电路简单，各种参数主要靠软件置入。芯片可提供三种输出波形选择，其中一种模式可专门用于固定频率和可变幅值的控制。三角波的载波频率可高达到4khz，输出波形频率可以达到4khz。
(3) 内置大电流驱动器，并可以设置驱动脉冲的最小脉宽和死区时间。
2.2 功能描述
sa866ae的一种常用工作模式如图1所示，其中rpht、rphb、ypht、yphb、bpht、bphb为标准ttl电平pwm驱动信号，settrip端为关断触发信号输入端。此时，sa866ae依靠标准的三总线通过scl、cs、sda三个管脚与eeprom互相连接，系统所需的参数可以预先写入eeprom中，当系统复位时，eeprom中的参数被自动调入sa866ae，以控制产生所需的波形。应当注意的是，只能选用地址自动增加的eeprom，例如93c06或93c46等。一般情况下，参数被写在eeprom的0页，相应的sa866ae的page0和page1应该接地。sa866ae通常有三种工作模式。当racc端接低电平、rdec端接高电平及seril端开路时，系统工作于模式三即变频器模式。此时，加在setpoint端的电压通过模数转换器转换后用于控制输出正弦波电压的幅值，所输出的正弦波的频率由预置参数grad和ped的数值决定。当系统参数初始化以后，由地地发生器、波形rom及相位和控制逻辑电路组成的pwm调制波形，通过相位逻辑控制，共同组成完整的古相驱动波形；每相的输出控制电路又由脉冲取消和脉冲延时构成，脉冲取消电路用于将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉，脉冲延时电路保证同一桥臂两只管子的死区间隔，以防止在转换瞬间桥路开关出现直通的现象。
2.3 预置参数的确定
当sa866ae工作于静态变频器模式时，有一系列参数需要初始化。我们设计的变频器是直流27v输入，交流115v400hz输出。根据系统要求，控制系统选用19.6608mhz的晶振，三角波载波频率为19.2khz。根据sa866ae技术手册中的公式，可以计算出各参数设置如表1所示：
图1 sa866ae原理框图
表1 sa866ae的初始化参数
| 参 数 | cfs | frs | pdy | pdt | ws |
| 数 值 | 00h | 04h | 17h | 6eh | 00h |
| 参 数 | ws | fc | gard | ped | zth |
| 数 值 | 00 | nc | 7fh | ffh | 02h |
3 主回路设计
该电源采用了比较典型的两级变换的方式，即第一级运用dc—dc变换，将27v变换为约±130v的高压直流，第二级运用dc—ac变换，利用sa866ae作为控制芯片，将高压直流变换为正弦波电压，通过反馈调节±130v的高压直流来保证稳定的交流115v输出。这样，既简化了电路调试和生产过程，质量也容易控制，便于产业化。
3.1 利用dc/dc变换器实现稳压
该变换器采用了推挽工作方式，具有效率高、工作可靠的优点。如图2所示，该变换器的作用是将低压的直流电压变换为高的直流电压。主变压器t1原边接成推挽形式，副边因为电压较高，用全桥方式进行整流，开关管q1、q2分别用4只irf3710并联，有效地降低了导通损耗。功率mosfet的寄生二极管同时可作为开关管关断时的交流通路，抑制开关管两端的关断电压。lh1是磁补偿电流传感器，用于直流高压侧的输出电流保护。r2、c3、r3、c4为阻容缓冲电路，可以进一步降低mosfet关断时的尖锋电压。吸收电阻的选择的原则，是在最小导通时间时，仍能使电容上的电压放电完毕，而吸收电容在吸收电阻功耗许可范围内尽量取大。经过实验，本电路的吸收电阻为5ω5w，吸收电容为0.1μf，250vdc。
主变压器t1选用tdk的pq50/50磁芯，经过计算（公式见参考文献1），本变压器初级为2匝，次级为30匝。因为初级电流较大，采用厚度为0.5mm的薄铜片绕制，同时采用初级、次级交替绕制的方法，使漏电感、趋肤及邻近效应最小。
图2 dc/dc变换主回路
滤波电感l1和l1＇共绕在同一个cd形的铁芯上，电感量为1.0mh，在连接上，l1和l1＇是串联电感的形式，这样可以提高电感量，并能确保对地输出动态和静态特性均较好的±130v电压。l2和l2＇是一组辅助滤波电感。
在实际的电路调试中，应注意本级接阻性负载和接第二级dc-ac负载时，推挽变换器的功率管的电压波形明显不同。在第二种情况下，功率管关断时的尖峰电压较小。
3.2 利用dc-ac逆变输出正弦波
逆变电路主回路采用半桥形式，主回路见图3。q3、q4采用irfp460，其驱动电路采用skhi21，电路简单且可靠，skhi21的详细资料见参考文献2。因为采用的是spwm变换，所以滤波电感可以做的比较小，经过实验，l3电感量为0.78mh，采用非晶态环形磁心，用线径为φ0.65mm的多股漆包线绕成，在一定负载条件下，谐波失真度可控制在3%左右。
图3 dc/ac主回路
4 控制电路设计
控制电路也由两部分组成，一部分用于提供推挽式升压电路的驱动信号及电流、电压反馈控制与保护，见图4；另一部分则为逆变电路提供驱动、保护信号，见图5。
在图4中，以tl494为核心构成pwm驱动及保护电路，变换频率为50khz。115v输出电压经隔离降压后送到p8，经过ad536取有效值后送入tl494的误差放大器a1，用作系统的闭环电压控制。推挽式逆变电路的电流经电流互感器采样由p7送于控制板进行信号处理后送入tl494的误差放大器a2，作为系统的电流环控制。tl494输出的驱动信号经p6输出到驱动板进行放大后送入主回路。该系统电路还具有完善的保护措施，包括：①115v输出电流过流保护。电流互感器的输出信号经p1进入比较器u2，经判断比较后送入tl494的缓启动封锁端（tl494-4）。②热保护。该系统在主要的功率元件上均装有温度继电器，当温度过高时，相应的p4两端短路，从而使t12的发射极输出高电平，封锁pwm脉冲输出。③dc-ac逆变主回路过流保护及直流过压保护。二者均由相应的传感器将信号送入控制板p5和p21处理后，封锁pwm脉冲输出。
图4 dc/dc电路控制电路
图5展示的电路，主要用于产生dc-ac逆变所需的驱动信号。该驱动信号主要由sa866ae产生，其他的一些电路主要用于保护功能，提高系统的可靠性。
这一电源可靠性高，控制电路简单，输出波形失真度小于3％，已应用于海军导弹测试设备中。图6为用hp benchlink xl 软件在hp54602示波器上采集的空载输出电压波形，图7为感性负载输出电流为5a时的电压波形。
参考文献：
[1] 张占松，蔡选三，开关电源的原理与设计，中国电子工业出版社，1998,6
[2] semikron, skhi21 of semidrver data sheet, 1996,8
[3] mitel, sa866ae data sheet advance information, 1999,2
图5 dc/ac电路控制电路
图6 空载时输出电压波形
图7 感性负载时输出电压波形
