單片機+IPM模塊實現(xiàn)通用變頻器

　　1 引言

　　變頻器是從上世紀中葉發(fā)展起來的一種交流調(diào)速設(shè)備。隨著電力半導(dǎo)體長足發(fā)展，變頻器也隨之不斷進步。如今變頻器已深入我們的日常生活，隨處可見其為我們服務(wù)的身影。

　　本文所設(shè)計的變頻器具備以下標準變頻器的所有功能。是SPMC75F2413A的一種基本應(yīng)用。本文的目的主要是給讀者一個用SPMC75F2413A實現(xiàn)變頻驅(qū)動的例子，讓讀者對SPMC75F2413A有更深的了解。本文所設(shè)計的系統(tǒng)具備以下功能包括：機驅(qū)動、異常事件處理、運行參數(shù)的設(shè)置、信息狀態(tài)管理、通信鏈路接口、人機交互接口等幾部分。

　　2 芯片特性簡介

　　本系統(tǒng)是基于智能功率模組芯片和SPMC75F2413A實現(xiàn)的通用變頻器方案，下面介紹SPMC75F2413A的特性。

　　SPMC75F2413A是μ’nSP系列產(chǎn)品的一個新成員，是凌陽科技新推出的一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與其它μ’nSP產(chǎn)品不同的是，SPMC75F2413A主要應(yīng)用在工控或是家電的變頻驅(qū)動領(lǐng)域。由于其擁有出色性能定時器PWM信號發(fā)生器組。因此，SPMC75F2413A可以方便的實現(xiàn)各種電機驅(qū)動方案。

　　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;64個可編程的多功能I/O端口;5個通用16位定時器/計數(shù)器，且每個定時器均有PWM發(fā)生的事件捕獲功能;2個專用于定時可編程周期定時器;可編程看門狗;低電壓復(fù)位/監(jiān)測功能;8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換。SPMC75F2413A在電機控制領(lǐng)域有相當優(yōu)秀的表現(xiàn)。

　　特性包括：

　　◆凌陽16位μ’nSP處理器(ISA 1.2)

　　◆工作電壓：內(nèi)核：4.5V～5.5V

　　◆最高運行速度：24MHz

　　◆工作溫度：-40 ℃～85 ℃

　　◆芯片內(nèi)存儲器：

　　32KW(32K×16)Flash

　　2KW(2K×16)SRAM

　　◆基于時鐘發(fā)生模塊的鎖相環(huán)電路

　　◆看門狗定時器

　　◆10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

　　8通道輸入

　　10us(100kHz)轉(zhuǎn)換時間

　　◆串行通訊接口

　　通用異步串行通訊接口(UART)

　　標準外圍接口(SPI)

　　◆總計64個通用輸入輸出管腳

　　◆電源管理

　　2種低功耗模式：Wait/Standby

　　每個外設(shè)都可以獨立的供電

　　◆兩個比較匹配定時器

　　◆5個16位通用定時器

　　◆2個用于脈寬調(diào)制，2個用于速度捕獲，1個用于速度反饋環(huán)。

　　◆MCP定時器3支持TIO3A～TIO3F，MCP定時器4支持TIO4A～TIO4F

　　◆脈寬調(diào)制定時器支持遞增/遞減計數(shù)

　　◆PDC定時器0/1均支持3通道的TIO0A～TIO0C輸入捕獲

　　◆TPM定時器2支持捕獲/脈寬調(diào)制

　　◆12個16位脈寬調(diào)制輸出

　　◆2通道的電機驅(qū)動脈寬調(diào)制輸出(互補的3相6路脈寬調(diào)制輸出)

　　◆TIO3A～TIO3F利用MCP定時器3工作，TIO4A～TIO4F利用MCP定時器4工作

　　◆中心(center)或邊沿(edge)脈寬調(diào)制輸出

　　◆通過外部錯誤保護管腳進行脈寬調(diào)制輸出保護

　　◆可編程的死區(qū)控制(Dead time control)

　　◆脈寬調(diào)制服務(wù)和錯誤中斷發(fā)生

　　◆具備驅(qū)動交流感應(yīng)電機和直流無刷電機的能力

　　◆內(nèi)嵌在線仿真功能

　　3 系統(tǒng)總體方案介紹

　　本通用變頻器系統(tǒng)主要由凌陽十六位單片機SPMC75F2413A、三凌的IPM功率模組芯片PS21865A組成，系統(tǒng)框圖如圖3-1。

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　　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(yīng)不同應(yīng)用的需要;

　　擁有實時的信息和狀態(tài)顯示，主要用于當前系統(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(shè)置和控制用的鍵盤;

　　擁有8個數(shù)字控制端口，以方便用戶的遠程操控，端口的具體功能可通過設(shè)置來更改;

　　具備模擬控制接口;

　　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：

　　主控MCU接收根據(jù)設(shè)置來自鍵盤和數(shù)字或是模擬接口的控制信息合成驅(qū)動電機驅(qū)動所用的驅(qū)動信號，信號經(jīng)IPM功率變換后驅(qū)動電機。同時主控MCU會隨時監(jiān)視系統(tǒng)的運行，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。