SPMC75系列單片機的高性能三相變頻電源
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變頻電源是一種電源變換設備，因具有輸出波形純正、輸出電壓穩定、輸出頻率和輸出電壓可調等優(yōu)點(diǎn)。其良好的性能，在傳感、儀器儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域有廣泛應用。本文主要介紹利用SPMC75F2413A和IPM（PS21865A）實(shí)現高性能三相變頻電源的開(kāi)發(fā)。
2芯片特性簡(jiǎn)介
SPMC752413A是μ’nSP™系列產(chǎn)品的一個(gè)新成員，是凌陽(yáng)科技新推出的專(zhuān)用于變頻驅動(dòng)的16位微控制器。其擁有性能出色定時(shí)器和PWM信號發(fā)生器組。
SPMC75F2413A在4.5V~5.5V工作電壓范圍內的工作速度范圍為0~24MHz，擁有2K字SRAM和32K字閃存ROM；最多64個(gè)可編程的多功能I/O端口；5個(gè)通用16位定時(shí)器/計數器（其中有二個(gè)電機驅動(dòng)專(zhuān)用PWM波形發(fā)生器，二個(gè)位置偵測接口定時(shí)器），且每個(gè)定時(shí)器均有PWM發(fā)生的事件捕獲功能；2個(gè)專(zhuān)用于定時(shí)可編程周期定時(shí)器；可編程看門(mén)狗；低電壓復位/監測功能；8通道10位模-數轉換。在這些硬件外設的支持下SPMC75F2413A可以方便實(shí)現各種變頻系統。
SPMC75F2413A的特性如下：
| 1. 高性能的16位CPU內核 a) 凌陽(yáng)16位u'nSP處理器(ISA 1.2) b) 片內基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生模塊 c) 最高系統頻率Fck：24MHz 2. 片內存儲器 a) 32K Words (32K×16bit) Flash b) 2K Words (2K×16bit) SRAM 3. 工作溫度： -40 ℃～85 ℃ 4. 10位ADC模塊 a) 可編程轉換速率，最大轉換速率100Ksps b) 8個(gè)外部輸入通道 c) 可與PDC或MCP等定時(shí)器聯(lián)動(dòng)，實(shí)現電機控 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(gè)通用輸入輸出腳 7. 可編程看門(mén)狗定時(shí)器 8. 內嵌在線(xiàn)仿真電路ICE接口：可實(shí)現在線(xiàn)仿 真、調試和下載通用16位定時(shí)/計數器 | 1. PDC定時(shí)器 a) 兩個(gè)PDC定時(shí)器：PDC0和PDC1 b) 可同時(shí)處理三路捕獲輸入 c) 可產(chǎn)生三路PWM輸出（中心對稱(chēng)或邊沿方式） d) BLDC驅動(dòng)的專(zhuān)用位置偵測接口 e) 兩相增量碼盤(pán)接口，支持四種工作模式， 擁有四倍頻電路 2. MCP定時(shí)器 a) 兩個(gè)MCP定時(shí)器：MCP3和MCP4 b) 能產(chǎn)生三相六路可編程的PWM波形，如三 相SPWM、SVPWM等 c) 提供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) 可編程的硬件死區插入功能，死區時(shí)間可 設定 f) 可編程的錯誤和過(guò)載保護邏輯 3. TPM定時(shí)器 a) 一個(gè)TPM定時(shí)器：TPM2 b) 可同時(shí)處理二路捕獲輸入 c) 可產(chǎn)生二路PWM輸出（中心對稱(chēng)或邊沿方式） 兩個(gè)CMT定時(shí)器 |
3 系統總體方案介紹
本高性能三相變頻電源系統主要由凌陽(yáng)16位單片機SPMC75F2413A、三凌的IPM功率模組芯片PS21865A組成，系統框圖如圖 3-1。
圖 3-1系統框圖
這個(gè)系統的功能：
系統運行參數可調化，以適應不同應用的需要調整系統的輸出頻率和輸出電壓；
擁有實(shí)時(shí)的信息和狀態(tài)顯示，主要用于當前系統的狀態(tài)信息顯示和人機接口的一部分；
帶有系統參數設置和控制用的鍵盤(pán)；
完備的系統保護功能，在系統異常時(shí)保護系統不受損壞；
系統工作流程：
SPMC75F2413A接收根據設置來(lái)自鍵盤(pán)或是通信接口的控制信息產(chǎn)生相應的SPWM驅動(dòng)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(shí)SPMC75F2413A會(huì )隨時(shí)監視系統的運行，保證輸出正常，一旦出現異常便會(huì )立即保護，同時(shí)報警，以提醒用戶(hù)進(jìn)行處理。
4系統硬件設計
整個(gè)系統的核心電路是波形合成電路，其結構和性能決定了整個(gè)系統的性能。本系統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內部是一個(gè)三相的功率橋和相應驅動(dòng)電路，用于實(shí)現SVPWM信號的功率放大功能；輸出變壓器和輸出濾波電路則主要用于將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 單片機的主要作用則是：1. 產(chǎn)生驅動(dòng)變頻電源所需的SVPWM信號。2. 完成人機交互，方便用戶(hù)對系統的控制。3. 處理相關(guān)的異常信息，確保系統的安全可靠。
SPMC75F2413A產(chǎn)生的三相互補的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(shí)，系統的工作電流和輸出電壓均會(huì )反饋給SPMC75F2413A，供給系統控制使用。SPMC75F2413A的IOB6和IOB7是錯誤偵測和過(guò)載保護輸入端，通過(guò)對其傳回信號的檢測，一旦PS21865A出現工作異常（如過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱）和系統過(guò)載，驅動(dòng)硬件會(huì )立即禁止PS21865A工作，同時(shí)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(gè)系統的結構還請參考圖 3-1。
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