前言

　　醫學治療儀的服務對象是人，由此決定了對其傳動控制系統要求的嚴格性，尤其是用于治療頸椎病和腰椎間盤突出癥的治療設備，對傳動系統的安全性和準確性提出了 更高的要求：絕對不允許失速，不允許越位，且停車準確。同時為了簡化機械部分的設計及減少相關的傳感器，從機電一體化的原則考慮，將大部分控制功能由電氣控制來完成。

　　治療儀傳動系統要求電機轉速控制在100～250r/min之間，再通過50∶1的機械減速器減速，傳動扭矩》1.5Nm。擺動幅度要求為頸椎：±30°～±60°;腰椎：±60°～±100°；起終點均應控制在中心位置。轉速及擺幅均應根據具體病例可調。

　　2智能化全數字式專用變頻器的設計

　　（1） 考慮到醫學治療儀的特殊要求，為了提高變頻器的工作可靠性和控制精度，采用智能化數字化設計，同時也結合小型化的特點，主功率器件采用日本三菱電機的 IGBT智能功率模塊（IPM）PM20CSJ060。輸入為單相220V交流，經單相全橋整流器整流后供給智能功率模塊，輸出為三相220V交流，接 0.5kW三相異步電動機（改為△接法）。

　　（2） 采用INTEL公司的16位單片機80C196KC作為系統CPU，它具有運算速度快，精度高，指令功能強等特點。并帶有8路10位A/D轉換器，可以完 成模擬量和數字量信號的檢測。控制運算及數據處理，保護功能的邏輯判斷，給PWM產生電路SA4828送設定和控制數據，以及管理鍵盤和數碼顯示等功能。

　　（3）SPWM波發生器采用英國MITEL公司 的增強型運動控制大規模集成電路SA4828。該芯片作為一種獨立于微處理器的外設形式工作，但它可以受控于任何類型的微處理器而幾乎不需要附加任何邏輯 電路。管腳的配置使其能適用于大部分總線格式，包括復用的地址/數據總線格式和RD/WR或R/W控制模式。由于僅在改變運行狀態時需要微處理器的介入， 因此工作時芯片幾乎不占用CPU的資源。

　　SA4828采用全數字化操作，載波頻率可達24kHz。內部ROM中存有三種可選的輸出電源波形，諧波抑制技術可減少功率器件的損耗。16位頻率控制精度，三個獨立的幅值寄存器可進行三相不平衡補償。利用SA4828設計的變頻器硬件結構圖如圖1所示。

　　3SA4828的功能特點及工作原理

　　3.1SA4828管腳圖及管腳功能說明

　　SA4828管腳圖如圖2所示。管腳功能說明見表1。

        3.2SA4828內部結構框圖及工作原理

　　圖1采用SA4828的變頻器硬件結構框圖

　　圖2SA4828管腳圖

　　圖3SA4828芯片內部框圖

　　圖3為SA4828的內部結構框圖，從圖中可以看到SA4828主要由三部分構成：

　　（1）接收并存儲微處理器命令（控制字）的部分，它主要由總線控制、總線譯碼、暫存器R0、R1…R5，虛擬寄存器R14、R15及32位初始化寄存器和48位控制寄存器構成；

　　（2）從波形ROMS讀取調制波形的部分，它由地址發生器和波形解壓縮緩沖器構成；

　　（3）三相輸出控制電路及輸出脈沖鎖存電路，每相輸出控制電路又由脈沖刪除電路和脈沖延遲電路組成。

　　SA4828 芯片具有并行的接口與微處理器進行通信。該接口和幾乎所有工業標準的微處理器諸如8051、8096、6805、68000和TMS320等兼容而不需要 考慮總線的寬度及增加額外的邏輯電路。大多數的數據總線結構可分為復用地址/數據總線和獨立的地址/數據總線，而大部分的微處理器不是WR/RD結構就是R/W結構；而該芯片設計成可以與上述四種組合中的任一種配合使用。通過一個配置引腳（MUX）和一個寄存器選擇引腳（RS）的狀態來區別所有的總線格式。

　　更重要的是，在系統異常情況（過流或過壓）下，一個緊急關斷輸入（SETTRIP）能不受微處理器的控制而迅速關斷所有的PWM輸出，這很好地解決了變頻器的快速保護，避免了因CPU中斷服務指令周期所造成的延誤。