基于EG8030单相变三相纯正弦波电路设计

2021-06-07林春景刘杰锋

通信电源技术 2021年4期

林春景，崔晓，刘杰锋

（1.广东白云学院电气与信息工程学院，广东广州 510450；2.广州东芝白云菱机电力电子有限公司，广东广州 510450）

0 引言

在某些偏僻地区或家庭中仅有单相供电，但却又要用到三相负载，这时就必须将单相220 V交流电源转换为三相对称380 V交流电源。为了解决这个问题，本项目设计一个3 kW单相变三相供电系统。大多数单相变三相电路采用三相PWM控制方式，相位差120°，这种供电方案会含有较高的三次谐波，供给三相电机时间长了会导致电机发热。为了克服这个缺点，本文利用EG8030芯片产生功能完善的自带死区控制的三相纯正弦波信号，从而实现三相对称380 V交流供电。

1 系统设计方案论证

为了产生三相对称380 V交流供电，同时实现体积小、重量轻、可靠性好且具备保护功能，可实现的方案有如下两种。

1.1 采用斩波升压电路

如图1所示，220 V交流电经桥式整流滤波会产生0.9～1.4倍的直流电压，正常负载时为260 V左右，经斩波升压后为直流540 V，为三相桥式逆变电路提供电源。此电路由三相纯正弦波发生器产生，通过驱动电路来控制，从而产生三相对称380 V交流供电。

图1 斩波升压电路

1.2 采用工频变压电路

如图2所示，220 V交流电经桥式整流滤波会产生0.9～1.4倍的直流电压，正常负载时为260 V左右，为三相桥式逆变电路提供电源，此电路由三相纯正弦波发生器产生，通过驱动电路来控制，从而产生三相对称92 V交流电，再经工频变压器升压电路变成三相对称380 V交流电。

图2 工频变压电路

上述两个方案都能产生三相对称380 V交流电，有三相不对称保护功能，但方案1采用斩波升压电路虽然体积小，重量轻，但是可靠性差，而由于方案2工频升压电路的隔离，使得电动机对逆变器的冲击较小，可靠性高，所以决定采用方案2进行设计。

2 系统主要模块电路设计

2.1 三相对称纯正弦波电路设计

要产生三相对称纯正弦波电路，需采用EG8030 SPWM芯片（如图3）。它是一款数字化且功能完善的自带死区控制的三相纯正弦波逆变发生器芯片，其配置的4种工作模式可应用于DC-DC-AC两级功率变换架构或DC-AC单级工频变压器升压变换架构。外接16 MHz晶体振荡器，能产生高精度、失真和谐波都很小的三相SPWM信号，并具备完善的采样结构，能够采集电流信号、温度信号以及三相电压信号，实时处理，实现输出稳压和各项保护功能。芯片采用CMOS工艺，内部集成SPWM正弦发生器、死区时间控制电路、幅度因子乘法器以及软启动电路。

图3 EG8030结构框图

2.1.1 三相同步开环稳压模式设置

本项目采用三相同步开环调压模式，它是EG8030最简单的一个工作模式。芯片工作在开环模式，用户通过调节VOLADJ脚的电压直接控制三相SPWM的调制深度MA、MB以及MC，且三相调制深度MA=MB=MC。VOLADJ脚上0～5 V的电压对应调制深度MA的0～100%。MA=50%时，输出三相电压有效值。

2.1.2 EG8030工作在三相同步开环稳压模式设置

为了使EG8030工作在三相同步开环稳压模式，各输入脚的设置和输出脚的连接描述如下。1、2脚设置为“11”，是三相同步开环调压模式，即通过外部的VOLADJ脚提供一个模拟信号控制三相SPWM的调制深度，0～5 V可设置0%～100%的调制深度。5脚（IFB）接负载电流反馈输入端，6脚（TFB）接温度反馈输入，7脚（BET）接逆变输入端口电压检测，进行过压和欠压保护，8脚（VOLADJ）接三相正弦波反馈电压阈值，作为三相同步调压端，9脚（AVFB）、10脚（BVFB）以及11脚（CVFB）接2.5 V，12脚（PHDIR）为相序反转控制引脚，设置为“0”时三相输出相序为A-C-B，设置为“1”时三相输出相序为A-B-C。引脚14（ENH）为三相SPWM输出使能引脚，设置为“0”时关闭三相SPWM信号输出，设置为“1”时开启三相SPWM信号输出。15脚（SST）为软启动引脚，设置为“1”，每次重新启动SPWM输出时进行3 s软启动，期间正弦波幅值线性递增。16脚（CFG）为SPWM配置选择引脚，设置为“1”，选择外部引脚配置，芯片独立工作时使用。26脚（TYPH）、27脚（TYPL）设置为“00”，分别是输出低电平打开功率管上管和输出低电平打开功率管下管。30脚（DT0）和31（DT1）脚设置为“00”是，1.5 μs死区时间。32脚（FS1）和33（FS0）脚设置为“11”，输出正弦波频率为50 Hz。

2.2 三相逆变主电路设计

变压采用三角形-星形接线如图4所示，负载为3 kW电动机（YE 3-100L-2），功率因素为0.87，电机工作相电流。选变压器3 600 W，原副边变比为92×1.73/380=0.419，相电流为5.2 A/0.419=12.41 A，则三相逆变主电路工作电流为12.41 A×1.73=21.47 A。采用三相逆变主电路使用智能功率模块IPM，选用FUJI electric的IGBT-IPM模块6MBP50RH060，这款IPM模块内部集成6组绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）及其驱动电路，额定电流为50 A（2.32倍），耐压600 V，内部集成了过控制电源欠压保护（Under Voltage Protection，UVP）、电流保护（over current protection，OCP）、短路保护（Short circuit protection，SCP）以及过热保护（管壳过热TcOH、芯片过热TjOH）等保护电路，且可通过向IPM相连的MCU输出报警信号，确保系统停止工作。其原理如图4所示。