低成本小功率通用变频器的实现

　　1引言

　　随着变频调速技术的不断发展,某些原不采用电机调速的领域亦引起人们的重新考虑。如空调、冰箱等新使用的电机采用单相输入、三相输出的变频调速工作方式以后，较之传统的断续工作方式，可使整机在制冷速度、保温程度、耗电量、噪声指标及寿命等方面均有明显改善。在设备体积不大，负载电机功率较小的场合，如采用体积大、价格高的通用变频器是不合适的。而需要一种小型化、成本低的变频调速器。本文在变频器的设计中采用新的控制方式利用新器件和低价格的通用器件相结合设计方式，很好地实现了这一目标。

　　2三相PWM波形的产生

　　对电动机电压空间矢量实施控制，可以得到逼近圆形的磁链轨迹，以减小电机低频的转矩脉动和谐波电流损耗。习惯上也称磁链(通)轨迹控制法。这里采用可编程逻辑器件GAL(GenericArrayLogic)与少量的通用集成器件实现电压空间矢量控制法，可得到开关频率较高的三相PWM波形，由此驱动的逆变器输出电压有较高的相位对称度。同时采用变频定宽信号与基本PWM信号综合，实现恒压频比控制，电压、频率同步平滑调节，电路简单，调试方便，成本低廉。

图1 三相PWM波形的形成原理框图

　　图1给出三相PWM波形的形成电原理框图。图中数字电位器根据应用的情况可分别采用按键式的X9511或微机控制式的X9312;软起动部分采用RC积分电路，使给定电压缓慢上升，以实现变频起动，起动时间可调;u/f压频转换器选用了性能适中、价格便宜的通用器件CD4046，其输出电压(Uo)从0V～5V，输出频率相应从0kHz～8.5kHz;定宽调频部分要输出2种信号,1种是定宽调频脉冲,宽度为2μs，作为GAL的时钟信号和逆变桥要求的前死区,另一种脉冲在低输入频率时略有变化，以实现逆变器低频时的电压补偿和恒定的压频比。

　　GAL16V8作为分频编码器和开机、停机、保护等信号的结合。GAL20V8作为综合分配输出电路、按照预先写入的周期开关状态进行分配后，再综合脉冲宽度调制、开、停机、正反转、保护等信号，最后输出带有死区的六路PWM波。

　　输入频率最大值fimax与输出频率最大值fomax有如下关系：

　　fimax=2mNfomax(1)

　　m为输出电压相数，N为磁链轨迹扇区的磁链增量小段数。

　　本电路选用m=3，N=16。

　　3驱动电路与主电路

　　由于电机额定电压为200V,额定功率为0.2kW，其功率较小，结合价格的因素，选用廉价的MOSFET加IR公司的驱动器IR2130，其电路图如图2。

　　来自PWM波形发生电路的三相六路控制信号经光耦隔离后分别按相位送入IR2130的3个“输入信号发生器”的输入端，由此产生同一相上、下臂栅极控制信号，其中下臂信号直接送至输出驱动，上臂信号则经IR2130内部的脉冲发生器和锁存器再送至输出驱动。锁存器同时兼有欠压检测功能，欠压情况下