1引言

    單相交流感應電機的變頻調速在許多消費類產品（電扇、洗衣機等）及工業類產品（鼓風機、泵等）中應用廣泛，人們可以使用單相通用變頻器，但通用變頻器價格較高，結構復雜，體積較大，只能安裝在電機外部，既增加了使用的不方便，過多的設定功能又造成了浪費。因此，本文設計了一種小型的單相電機智能變頻控制電路，它只需一塊ic控制器ml4421，一塊ipm功率放大驅動模塊，一些電容電阻，無需軟件開發，結構簡單，體積小，還可以放入一般的感應電機內，即可以實現變頻器機電一體化，又增加了安裝使用的方便。

    2控制電路

    設計控制電路使用microlinear公司生產的單相電機變頻控制的芯片ml4421，它是一個外部連接簡單、功能全面的pwm智能控制芯片。它內部固化了控制程序，自帶兩路互差90°的波形發生器、pwm調制器和轉差控制，工作于真正的線性比例、積分和微分（pid）反饋環路，提供10:1的速度控制范圍，提供恒定的、可編程的v/f比值。由于沒有軟件編程的要求，節省了開發成本。ml4421的接線如圖1。說明如下:  

圖1ml4421的接線

（1）1、2腳接來自電流互感器的電機電流反饋輸入，isa、isb共同構成微分輸入，檢測a相的電流、電壓和電流的相位差，然后與前端電壓反饋共同決定給定相位角（精密轉差控制時才有效）;（2）3腳是轉差角設定（精密轉差控制時才有效）;

    （3）4腳精密轉差控制時微調正弦波的幅值，該腳接地時，不進行精密轉差控制;

    （4）通過調節6腳的輸入電壓可以控制正弦波的幅值、頻率。設c0為0°正弦波發生器起振電容，則0°正弦調制波頻率f=（r6/r5）/（2×c0×0.356），同理可得90°正弦調制波頻率;

    （5）選擇8腳上不同的電阻r8，可設置死區時間t，t=r8/（5.2×104）;

    （6）9、10接正弦波發生器起振電容c0、c1，11腳設置復位時間，12腳設置pwm載波頻率,載波（三角波）頻率f=vref/（rref×7.2×cpwm）;

    （7）13腳正反轉選擇，在驅動雙相電機時控制其高低電平可實現正轉/反轉;（8）14腳制動時間選擇，15腳過流保護輸入來自電流變換器，限流保護電阻r15=0.5v/imax;16、25腳正弦波測試點;

    （9）18～23腳驅動6路pwm波形輸出，18～20低端輸出，21～23輸出;（10）26～28腳接電壓反饋輸入，該電壓指電機兩個相位的pwm輸出電壓進行分壓后的平均值。以上電容、電阻等參數可根據實際應用，選擇不同的數值，以滿足不同的控制效果[1]。

    3 主回路及驅動回路

    傳統的變頻器的功率驅動和逆變電路有兩個模塊組成，現在這兩部分由一個體積不大的ipm功率模塊就可完成。ipm由高速、低功率igbt，優選的門級驅動器及保護電路構成。其中，igbt是gtr和mosfet的復合，由mosfet驅動gtr，因而ipm具有gtr高電流密度、低飽和電壓、高耐壓、mosfet高輸入阻抗、高開關頻率和低驅動功率的優點，保護功能有控制電源欠壓鎖定保護、過熱保護、過流保護和短路保護，當其中任一種保護功能動作時。ipm將輸出故障信號fo。因此，ipm功率模塊功能強大，可以簡化電路設計。為了保證變頻調速時，單相電機主副繞組嚴格相差90°，主回路選用三相全橋逆變，每個繞組都相當于一個獨立的全橋逆變器，取消了分相電容，克服了由分相電容引起的頻率不穩定的缺點，并且具有較高的直流母線電壓利用率[2]。因此選用6單元的三菱pm20csj060（20a/600v）驅動0.75kw的單相交流感應電機[3]。

    ipm接線如圖2，n、p引腳接直流電源，直流電源信號經單相整流電路或直流母線獲得。為了防止外部信號干擾，在ml4421和ipm之間加入了光電隔離電路，pwm波形輸入端選用高速光藕hcpl4504，故障輸出端和制動輸入端選用低速光耦pc817，選用隔離電源m57140l，m57140l可提供四組+15v的隔離電源。up、vp、wp、un、vn、wn分別經過高速光藕接ml4421輸出的6路pwm波形（ha、hc、hb、la、lc、lb），u、v分別接電機兩相繞組，旁路電容取0.01uf。    

圖2ipm的接線