为适应野外工作的需要，我们力求研制一种体积小、重量轻、可靠性高的中频电源。逆变器采用MICROCHIP公司的PIC16C73作为CPU，单相SPWM波形发生器SA838产生SPWM波形，富士混合集成驱动电路EXB840构成隔离驱动保护电路，主电路采用高压整流模块和IGBT模块，组成高效智能的逆变电源。全系统简洁明了，维修便捷，具有实用价值。

    逆变电源载波频率20kHz，交流输入三相160V～260V，交流输出单相115±2V，频率400Hz，功率2kW，效率85％，线性负载谐波畸变率<5％。

    图1为电源硬件结构框图，它有以下几个组成部分：

2.1 小型三相发电机

    该机采用普通民用三相发电机，这种产品技术较为成熟，目前种类齐全且价格低廉。

2.2 PIC16C73单片机控制电路

    PIC单片机采用RISC结构，具有高速度，低功耗，驱动能力强大的优点，其低价OTP技术和小巧的体积便于用户保密技术和产品商品化。PIC16C73带有5个8位A/D口，4kEPROM，内置看门狗。

2.3 SPWM波形发生器

    常规的脉宽调制技术多通过模拟电路实现，线路复杂，温度稳定性欠佳，而后出现的数字化电路则依据预想的数学模型数据查表进行控制，控制精度受写入ROM的数据结构影响。以上方法皆调试繁琐，工作量较大。

    SA838是MITEL公司专为单相逆变电路设计的SPWM波形发生器，尤其与CPU组成的系统操作数字化，抗干扰能力强，接口简单，通用性好。在电路不变的情况下，通过软件修正，就可改变逆变器的性能指标，大大提高了调试效率，降低了产品成本。

2.4 隔离驱动电路

    采用富士混合集成电路EXB840，由于其直接驱动能力不足，且容易使IGBT误导通，为使IGBT正常可靠地工作，必须增加一级互补驱动和提高负压。

2.5 逆变器主电路

    为防止逆变器工作时产生的电磁干扰影响其它设备，特设置LC滤波器。输入的三相电压通过三相整流模块，经过两只电解电容滤波供给半桥逆变器。为限制合闸瞬间的冲击电流，整流模块和电容之间串联了100Ω电阻，合闸5s后通过继电器短路该电阻。

2.6 显示及报警

    显示系统运行时关键参数数值，提示系统工作状态。由LED及相关仪表组成。

    SA838采用MOTEL总线标准，易与大部分微处理器接口连接，运行参数一旦设定完毕，仅当需改变方式时，才需CPU介入，使用十分方便。

3.1 管脚说明

    SA838为20脚双列直插或扁平小外形封装。图2为SA838管脚标示。

    (1)MOTEL微机接口总线，其中AD0～AD7数据／地址线复用，INTEL模式中，ALE信号下降沿锁存地址，WR上升沿写入数据，RD空闲不用。但必须置高或与CPURD相连接，Motorola模式中，地址由AS下降沿锁存，数据由DS下降沿写入，片选CS供选通用，CLK为控制时钟输入。

    (2)SPWM波形输出口，由PWMT和PWMB组成。

    (3)单相SPWM输出及控制通道，主要包含：

    1）自动紧急保护关断口SETTRIP

    2）输出状态指示

    3）复位端口

    4）电源VDD为＋5V电源端，Vss为接地端

3.2 功能特点

    (1)全部数字化操作，输出波形精度高，温度稳定性好，抗干扰能力强。

    (2)工作频率范围宽。三角波载频率最高可选择至24kHz(当时钟频率为12.288MHz时)调制频率精度高达12位。

    (3)工作方式灵活。SA838极易与CPU接口连接，其工作参数：载频率、调制频率、输出幅值、脉冲取消时间、脉冲延迟时间等等，都可通过CPU很方便地写入，并只在需改变工作方式时才刷新。

3.3 内部结构

    图3为SA838的内部结构框图，SA838主要由三部分组成。

    (1）接收存储处理命令单元：由总线及其控制、寄存器R0～R4，24位初始化寄存器，24位控制寄存器组成。

    (2)SPWM波形发生器：由地址发生器、波形ROM和相位控制逻辑组成。

    (3)输出通道及其保护单元：由脉冲取消、脉冲延时和关闭锁定组成。

3.4 工作原理

    SA838通过RST复位后，将微处理器传送的各种预置参数通过寄存器R0－R4分别写入24位初始化寄存器和24位控制寄存器，初始化寄存器中的内容一经设置，运行中不能再改变，而控制寄存器中的内容则可跟踪控制对象的运行状况随时调整。波形ROM只存有0°～90°的波形幅值，由于正弦波四象限的对称关联性，SA838通过相位逻辑控制，根据CPU预置参数值，即可产生所需的0°～360°波形，再经过脉冲取消电路以过滤干扰脉冲，通过脉冲延时电路加入死区时间，最终两路TTL电平的互补PWM波形输出。

3.5 控制方式

    根据文献1确定SA838相关工作参数后，依图4编程。

3.6 CPU对SA838工作时序控制

    依照严格的时序进行控制，关系到SA838能否可靠地接收CPU指令，对于SA838诸信号端口，工作流程如图5。

    必须强调的是：SA838对时钟信号的强弱较敏感，依附CPU内部时钟电路产生的时钟信号根本不能使SA838工作，必须用独立构造的外部振荡电路生成工作时钟。另外，PIC系列CPU管脚与MCS系列相比有其自身的特殊性，无法沿用SA838与MCS系列芯片的接口原则，必须深刻理解SA838的工作时序，才可能做出正确的软硬件设计。

4.1 保护措施

    （1）硬件保护通过电流和电压互感器对逆变器输出监测，EXB840对IGBT的过流过压情况监控，一旦受控对象异常，关机信号直接通过SA838的SETTRIP端关闭PWM输出，并送往CPU处理。

    （2）软件保护CPU可以应硬件电路送来的保护要求执行关机，也可以根据自身的测试数据进行独立判断。

3.2 抗干扰措施

    (1)稳定洁净的电源是CPU系统工作的首要条件，采用高品质的进线滤波器，可以极大地改善各主要控制芯片的工作环境。

    (2)PCB板走线的合理趋向和分布。

    (3)利用PIC内的Watchdogtimer防止CPU死机。

    (4)对IGBT的栅极驱动电路，采用Kelvin接地。

    控制的基本思路是：通过对输出值的循环采样，确认控制对策。软件流程如图6。

    实验室内，400W的离心风机和1000W的线性负载同时作为负载，输出正弦波失真度<3％，实验波形见图7(a)。

    现场常温实验，利用某装备做复杂组合负载，工作频率400Hz，电压115V，电流10.62A,相关实验波形如图7(b)、7(c)所示，结果表明大大改善了该装备的工作条件，达到了预期效果。