基于瑞薩單片機的交流感應電機驅動(dòng)電路的設計

在表1中，“0”表示開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，而“1”表示導通。由于電流在一個(gè)PWM周期內幾乎不變，因此只需要在一個(gè)PWM周期內采樣兩次即可得到該時(shí)刻電機每一相電流的狀態(tài)，因為三相電流之和為零。
單電阻采樣會(huì )遇到一些挑戰，空間矢量脈寬調制器(SVPWM)在空間矢量的扇區邊界和低速調制區域的時(shí)候，會(huì )存在占空比兩長(cháng)一短和兩短一長(cháng)以及三個(gè)幾乎一樣長(cháng)的時(shí)刻。這樣，如果有效矢量持續的時(shí)間少于電流采樣時(shí)間，則會(huì )出錯。本方案采取的辦法是在相鄰邊界的時(shí)候插入固定時(shí)間的有效矢量，而在低速調制區域的時(shí)候，采用輪流插入有效矢量的方法。插入有效矢量會(huì )給電流波形帶來(lái)失真，這種情況下需要通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行補償。
單電阻采樣的優(yōu)點(diǎn)除了降低系統的成本，還有就是它檢測三相電流時(shí)都基于相同的增益和偏移，一致性好。缺點(diǎn)也是明顯的，對于MCU來(lái)說(shuō)，算法復雜了其運算時(shí)間要增大，代碼比三電阻也要長(cháng)一些；對于電流檢測而言，其波形失真比起三電阻方法要稍大。單電阻采樣的性能對于變頻空調的應用是完全可以勝任的，而且成本低廉，這也就是大部分家電廠(chǎng)家都愿意選擇單電阻采樣的原因所在。
2．4 速度檢測電路
位置式傳感器在交流感應電動(dòng)機中起著(zhù)測定轉子位置及速度的作用，作為邏輯開(kāi)關(guān)電路提供正確的位置信息，即將轉子磁鋼的磁極位置信號轉換成電信號。然后去控制定子繞組換相。該設計采用FUS1881(霍爾傳感器)，電機轉子轉動(dòng)一周給單片機輸入8個(gè)脈沖，從而控制交流感應電機運動(dòng)并且使控制程序簡(jiǎn)單?；魻枡z測電路如圖6所示。

3 EMC措施
該硬件系統的電磁兼容(EMC)抗干擾設計主要有以下幾個(gè)方面：電源輸入的防雷、濾波處理，接地技術(shù)，屏蔽技術(shù)，隔離技術(shù)，印刷電路板設計。
3．1 電源輸入的濾波處理
如圖7所示，L101和C102與C103構成了共模扼流圈。這是一個(gè)低通濾波電路所構成的電源濾波器。實(shí)施對暫態(tài)電壓波形中高頻分量的初次衰減。它允許直流或50 Hz電流通過(guò)，對頻率較高的干擾信號有較大的衰減。由于干擾信號有差模和共模兩種，因此電源濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。注意，當工作電流超過(guò)額定電流時(shí)，濾波器中的電感磁芯會(huì )發(fā)生飽和現象，使實(shí)際電感量減小，導致濾波器的高頻濾波性能降低。因此，確定濾波器的額定工作電流時(shí)，取實(shí)際電流值的1．5倍。壓敏電阻V101起抑制差模過(guò)電壓與增加泄流限壓作用。

3．2 IGBT保護電路
如圖2所示為功率驅動(dòng)放大電路，加在IGBT上的正向電壓上升率dv／dt如果過(guò)大，由于結電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流有可能起到觸發(fā)電流的作用，使IGBT正向阻斷能力下降，嚴重時(shí)引起誤導通。為抑制dv／dt的作用，在IGBT門(mén)級與柵極兩端并聯(lián)電阻吸收回路并增加雙向續流二極管回路，抑制較大的位移電流，并利用電阻把這部分能量消耗掉。同理，該保護回路對電路中的高頻騷擾信號也可以起到衰減和抑制的作用。
3．3 其他
由于系統的供電較多，對模擬地、數字地等進(jìn)行了妥善處理。此外還注意外殼接地，驅動(dòng)芯片IRS2136S的每個(gè)輸入端增加了小電容，以提高可靠性。在PCB板設計的時(shí)，注意了走線(xiàn)方式，線(xiàn)寬、過(guò)孔處理等。

4 結語(yǔ)
本文所設計的基于瑞薩單片機的交流感應電機的控制電路，結合先進(jìn)的三相功率驅動(dòng)芯片IRS2136S，采用6個(gè)單管IGBT及單電阻采樣，降低了生產(chǎn)成本；增加EMC措施，使系統工作更加穩定、可靠。本文充分利用R8C／Tiny系列CPU內核的優(yōu)勢——豐富的固件庫函數，縮短了開(kāi)發(fā)周期。實(shí)踐應用表明，基于瑞薩單片機的交流感應電機控制電路具有良好的動(dòng)態(tài)性能，系統工作穩定可靠，效率高、低成本，節能及噪音小等特點(diǎn)，完全能夠滿(mǎn)足家用電器的實(shí)際使用要求。