SPMC75F2413A單片機在DC變頻空調中的應用

本文主要介紹利用SPMC75F2413A單片機構成DC變頻空調控制方案。DC變頻空調控制器工作機理，重點(diǎn)介紹SPMC75F2413A 在DC變頻空調器中的使用方法。
關(guān)鍵詞：SPMC75F2413A、PS21865A、模糊控制、凌陽(yáng)單片機

1 引言
隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，空調器已廣泛應用于社會(huì )的各種場(chǎng)合，直流變頻空調器因具有節能、低噪、恒溫控制、全天候運轉、啟動(dòng)低頻補償、快速達到設定溫度等性能，使空調的舒適性大大提高，將越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。單片機技術(shù)的廣泛應用，直流變頻技術(shù)及模糊控制技術(shù)在空調器嵌入式控制領(lǐng)域的成功應用，半導體功率器件的迅速發(fā)展為直流變頻控制的推廣提供了技術(shù)保障。
本設計方案的DC變頻空調控制器由室內機控制器、室外機控制器兩部分組成?；赟PMC75F2413A 的優(yōu)越性能，用其設計室外機DC變頻控制器，容易實(shí)現產(chǎn)品模塊化、智能化特點(diǎn)，控制參數采用開(kāi)放式結構，便于與各種壓縮機聯(lián)結，從而能夠在最短的時(shí)間內根據不同廠(chǎng)家的要求進(jìn)行產(chǎn)品的升級換代。以這種方式，產(chǎn)品可以更快地推向市場(chǎng)，獲得時(shí)間上的競爭優(yōu)勢。本控制器含有以下關(guān)鍵技術(shù)：
1、模糊控制技術(shù)：依據室內環(huán)溫、管溫，室外環(huán)溫、管溫、壓縮機排氣溫度、壓縮機過(guò)載保護溫度、壓縮機電流等參數建立模糊邏輯關(guān)系，控制壓縮機的運轉速度、室外風(fēng)機及其它負載運行；
2、基于反電勢位置偵測的BLDC驅動(dòng)技術(shù);
3、模塊控制保護電路：當模塊有保護信號輸出時(shí)，通過(guò)硬件電路斷開(kāi)PWM 模塊輸出控制信號，以達到保護模塊的效果，并且可靠的給單片機模塊保護信號；
4、EMC 及可靠性設計技術(shù)：在掌握空調的干擾機理的前提下，硬件設計重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：電源電路設計、濾波電路參數設計、印制板地線(xiàn)及信號線(xiàn)設計，并且軟件采用容錯技術(shù)。

2芯片特性簡(jiǎn)介
本系統是基于智能功率模組芯片和SPMC75F2413A實(shí)現DC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(gè)新成員，是凌陽(yáng)科技新推出的一個(gè)16位結構的微控制器。與其它μ’nSP?產(chǎn)品不同的是，SPMC75F2413A主要應用在工控或是家電的變頻驅動(dòng)領(lǐng)域。由于其擁有出色性能定時(shí)器PWM信號發(fā)生器組。因此，SPMC75F2413A可以方便的實(shí)現各種電機驅動(dòng)方案。
SPMC75F2413A在4.5V～5.5V工作電壓范圍內的工作速度范圍為12～24MHz，擁有2K字SRAM和32K字閃存ROM；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，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。SPMC75F2413A在電機控制領(lǐng)域有相當優(yōu)秀的表現。
特性包括：
◆ 凌陽(yáng)16位μ’nSP?處理器(ISA 1.2)
◆ 工作電壓：
內核：4.5V～5.5V
◆ 最高運行速度：24MHz
◆ 工作溫度： -40 ℃～85 ℃
◆ 芯片內存儲器：
32KW (32K×16) Flash
2KW (2K×16) SRAM
◆ 基于時(shí)鐘發(fā)生模塊的鎖相環(huán)電路
◆ 看門(mén)狗定時(shí)器
◆ 10位模/數轉換器
8通道輸入
10us (100kHz)轉換時(shí)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(gè)通用輸入輸出管腳
◆ 電源管理
2種低功耗模式：Wait/Standby
每個(gè)外設都可以獨立的供電
◆ 兩個(gè)比較匹配定時(shí)器
◆ 5個(gè)16位通用定時(shí)器
2個(gè)用于脈寬調制
2個(gè)用于速度捕獲
1個(gè)用于速度反饋環(huán)。
◆ 中心(center)或邊沿(edge)脈寬調制輸出
◆ 通過(guò)外部錯誤保護管腳進(jìn)行脈寬調制輸出保護
◆ 可編程的死區控制(Dead time control)
◆ 脈寬調制服務(wù)和錯誤中斷發(fā)生
◆ 具備驅動(dòng)交流感應電機和直流無(wú)刷電機的能力
◆ 內嵌在線(xiàn)仿真功能

3系統總體方案介紹
本DC變頻空調系統分室內機系統和室外機系統兩部分，其中室內機系統主要是系統一些邏輯狀態(tài)信息的處理，而室外機系統主要是DC壓縮機的變頻驅動(dòng)部分。在本系統方案中室內機選用的是SPMC701FM0A實(shí)現的，SPMC75F2413A主要是應用在BLDC變頻驅動(dòng)部分。系統結構框圖如圖3-1所示。

圖 3-1 DC變頻空調系統框圖

系統的基本工作過(guò)程：
室外機的主控MCU（SPMC75F2413A）隨時(shí)接收來(lái)自室內機的控制和狀態(tài)信息，從而去控制室外的風(fēng)機、四通閥和壓縮機，完成相應的控制功能。同時(shí)還會(huì )將室外機的一些狀態(tài)和室外的一些溫度信息傳回室內機。室內機則根據室外機返回的參數和室內機本身的一些工作狀態(tài)和溫度信息對整個(gè)空調系統進(jìn)行協(xié)調控制。

4系統硬件設計
整個(gè)系統由室內機系統和室外機系統兩部分組成。下面主要介紹室外內系統。
4.1 系統結構
室外機系統主要由IPM功率驅動(dòng)模塊、反電勢位置偵測電路、開(kāi)關(guān)電源、室外風(fēng)機驅動(dòng)、由SPMC75F2413A構成的MCU子系統和Power Line通信電路等模塊構成。室外機系統電路結構如圖 4-1所示。

圖 4-1 室外機系統框圖

4.2 MCU控制電路
圖4-2 為MCU 控制電路，此部分的電路主要是以SPMC75F2413A 微控制器為主，CON5 連接在線(xiàn)調試、仿真器ICE。MCU控制電路是整個(gè)室外機系統的控制核心，室外機的所有外設均在其協(xié)調控制下工作。

圖4-2 MCU 控制電路

4.3 電源電路
圖4-3為EMI電源濾波電路與軟啟動(dòng)電路，AC 電源輸入接頭為CON1、CON3和CON5，電壓為220VAC，電源輸入端通過(guò)突波吸收器ZNR3 以避免過(guò)大的電壓突波損壞器件，L1、C2、C1、C5和C3組成EMI濾波電路，濾除電路中的電磁干擾；RL1、RT2和D1構成軟起動(dòng)電路，防止電路上電時(shí)的大電流沖擊。

圖4-3 EMI 電源濾波器