鉅大LARGE | 點擊量:1105次 | 2020年06月16日
SPMC75系列單片機的高性能三相變頻電源
變頻電源是一種電源變換設備,因具有輸出波形純正、輸出電壓穩(wěn)定、輸出頻率和輸出電壓可調(diào)等優(yōu)點。其良好的性能,在傳感、儀器儀表、工業(yè)控制等領域有廣泛應用。本文重要介紹利用SpMC75F2413A和IpM(pS21865A)實現(xiàn)高性能三相變頻電源的開發(fā)。2芯片特性簡介SpMC752413A是nSp™系列產(chǎn)品的一個新成員,是凌陽科技新推出的專用于變頻驅(qū)動的16位微控制器。其擁有性能出色按時器和pWM信號發(fā)生器組。SpMC75F2413A在4.5V~5.5V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0~24MHz,擁有2K字SRAM和32K字閃存ROM;最多64個可編程的多功能I/O端口;5個通用16位按時器/計數(shù)器(其中有二個電機驅(qū)動專用pWM波形發(fā)生器,二個位置偵測接口按時器),且每個按時器均有pWM發(fā)生的事件捕獲功能;2個專用于按時可編程周期按時器;可編程看門狗;低電壓復位/監(jiān)測功能;8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換。在這些硬件外設的支持下SpMC75F2413A可以方便實現(xiàn)各種變頻系統(tǒng)。SpMC75F2413A的特性如下:
1.高性能的16位CpU內(nèi)核a)凌陽16位u'nSp處理器(ISA1.2)b)片內(nèi)基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生模塊c)最高系統(tǒng)頻率Fck:24MHz2.片內(nèi)存儲器a)32KWords(32K16bit)Flashb)2KWords(2K16bit)SRAM3.工作溫度:-40℃~85℃4.10位ADC模塊a)可編程轉(zhuǎn)換速率,最大轉(zhuǎn)換速率100Kspsb)8個外部輸入通道c)可與pDC或MCp等按時器聯(lián)動,實現(xiàn)電機控制中的電參量測量5.串行通訊接口a)通用異步串行通訊接口(UART)b)標準外圍接口(SpI)6.64(QFp80)/48(QFp64)個通用輸入輸出腳7.可編程看門狗按時器8.內(nèi)嵌在線仿真電路ICE接口:可實現(xiàn)在線仿真、調(diào)試和下載通用16位按時/計數(shù)器1.pDC按時器a)兩個pDC按時器:pDC0和pDC1b)可同時處理三路捕獲輸入c)可出現(xiàn)三路pWM輸出(中心對稱或邊沿方式)d)BLDC驅(qū)動的專用位置偵測接口e)兩相增量碼盤接口,支持四種工作模式,擁有四倍頻電路2.MCp按時器a)兩個MCp按時器:MCp3和MCp4b)能出現(xiàn)三相六路可編程的pWM波形,如三相SpWM、SVpWM等c)供應pWM占空比值同步載入邏輯d)可選擇與pDC的位置偵測變化同步e)可編程的硬件死區(qū)插入功能,死區(qū)時間可設定f)可編程的錯誤和過載保護邏輯3.TpM按時器a)一個TpM按時器:TpM2b)可同時處理二路捕獲輸入c)可出現(xiàn)二路pWM輸出(中心對稱或邊沿方式)兩個CMT按時器
3系統(tǒng)總體方法介紹本高性能三相變頻電源系統(tǒng)重要由凌陽16位單片機SpMC75F2413A、三凌的IpM功率模組芯片pS21865A組成,系統(tǒng)框圖如圖3-1。圖3-1系統(tǒng)框圖
這個系統(tǒng)的功能:系統(tǒng)運行參數(shù)可調(diào)化,以適應不同應用的要調(diào)整系統(tǒng)的輸出頻率和輸出電壓;擁有實時的信息和狀態(tài)顯示,重要用于當前系統(tǒng)的狀態(tài)信息顯示和人機接口的一部分;帶有系統(tǒng)參數(shù)設置和控制用的鍵盤;完備的系統(tǒng)保護功能,在系統(tǒng)異常時保護系統(tǒng)不受損壞;系統(tǒng)工作流程:SpMC75F2413A接收根據(jù)設置來自鍵盤或是通信接口的控制信息出現(xiàn)相應的SpWM驅(qū)動信號,信號經(jīng)pS21865A功率變換后、輸出濾波和輸出變壓器后輸出。同時SpMC75F2413A會隨時監(jiān)視系統(tǒng)的運行,保證輸出正常,一旦出現(xiàn)異常便會立即保護,同時報警,以提醒用戶進行處理。4系統(tǒng)硬件設計整個系統(tǒng)的核心電路是波形合成電路,其結構和性能決定了整個系統(tǒng)的性能。本系統(tǒng)的波形合成電路使用SpMC75F2413A、功率模組pS21865A、輸出變壓器和輸出濾波電路幾部分組成。其中pS21865A內(nèi)部是一個三相的功率橋和相應驅(qū)動電路,用于實現(xiàn)SVpWM信號的功率放大功能;輸出變壓器和輸出濾波電路則重要用于將pS21865A輸出功率SVpWM信號變換為正弦輸出,并濾除其高次諧波,保證輸出波形的純正;而SpMC75F2413A單片機的重要用途則是:1.出現(xiàn)驅(qū)動變頻電源所需的SVpWM信號。2.完成人機交互,方便用戶對系統(tǒng)的控制。3.處理相關的異常信息,確保系統(tǒng)的安全可靠。SpMC75F2413A出現(xiàn)的三相互補的SVpWM信號經(jīng)由芯片的IOB0~5輸出,控制pS21865A的三相全橋電路,信號經(jīng)功率合成、低通濾波和三相輸出變壓器后輸出給負載。同時,系統(tǒng)的工作電流和輸出電壓均會反饋給SpMC75F2413A,供給系統(tǒng)控制使用。SpMC75F2413A的IOB6和IOB7是錯誤偵測和過載保護輸入端,通過對其傳回信號的檢測,一旦pS21865A出現(xiàn)工作異常(如過壓、欠壓、過流、過熱)和系統(tǒng)過載,驅(qū)動硬件會立即禁止pS21865A工作,同時申請中斷,請求CpU處理。由于其它模塊屬于通常的一些模塊,此處不再詳述。整個系統(tǒng)的結構還請參考圖3-1。
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