基于數字信號控制器的智能家電解決方案

　　利用單個(gè)DSP控制器集成

　　多種系統功能

　　先進(jìn)的新型DSP控制器能讓系統設計人員選擇效率更高的電動(dòng)馬達，例如無(wú)刷直流馬達(BLDC)或永磁同步馬達(PMSM)等驅動(dòng)裝置。這些馬達提供多項勝過(guò)有刷馬達和交流感應馬達的優(yōu)勢。無(wú)刷直流馬達的轉子結構較輕，所以效率更高、操作更安靜、加速也更快。一款專(zhuān)為省電和省水洗衣機設計的無(wú)刷直流馬達控制電路如圖1所示。這個(gè)控制電路以一顆DSP控制器為核心，不僅能控制主要驅動(dòng)馬達的操作，還有充裕的效能管理，可輔助水泵和螺線(xiàn)管等組件，以便提供水量和洗衣精劑量控制等其它功能。該控制器還能執行有源功率因數校 正，讓家電產(chǎn)品從交流輸入電源汲取更多電力。

　　控制器的主要工作是產(chǎn)生多種高頻、高分辨率的脈寬調制(PWM)信號，另外，它還必須具備充分的運算能力來(lái)執行先進(jìn)算法，以便將轉矩紋波減至最小、進(jìn)行線(xiàn)上參數調整并提供精確的轉速控制。除此之外，還必須縮小設計體積并減少組件數量，使它更容易生產(chǎn)制造。

　　DSP控制器內置多種功能以便執行前述所有工作，包括1個(gè)40MIPS的16位定點(diǎn)DSP內核、16個(gè)以上的PWM通道、4個(gè)通用定時(shí)器、1個(gè)含有16個(gè)多路復用輸入通道的10位模數轉換器、編碼器接口、串行通信接口、SPI連接端口以及1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器。該器件的PWM輸出數目足以控制1個(gè)三相電壓源逆變器，而前端升壓轉換器則能實(shí)現有源功率因數校正電路。剩下的PWM通道可用于其它功能，例如熱水器伺服系統和輔助馬達驅動(dòng)裝置。片上模數轉換器則可用來(lái)測量各種系統輸入，如馬達相位電流和功率因數校正電路的直流總線(xiàn)電壓等。由于該器件提供多達16個(gè)通道，其它輸入可用來(lái)測量水溫和水位等操作條件。

　　馬達驅動(dòng)算法和其它軟件模塊

　　馬達驅動(dòng)裝置共有三大軟件模塊：變速操作所需的閉環(huán)空間向量脈寬調制(SVPWM)模塊、前端輸入功率因數校正，以及一個(gè)主要做為控制器與用戶(hù)控制面板之間界面的通信模塊。本文著(zhù)重介紹了SVPWM模塊?？臻g向量PWM技術(shù)具有多項優(yōu)點(diǎn)，從而勝過(guò)正弦波PWM等較簡(jiǎn)單、效率較差的方法。在特定的直流鏈路電壓輸出下，SVPWM的三相馬達功率輸出比正弦波PWM饋電馬達的高出16%。圖2是SVPWM算法的結構圖。

　　首先是產(chǎn)生參考電壓向量?？刂破鲿?huì )在直接正交(d-q)平面上以特定的速度和振幅旋轉參考電壓向量，參考頻率ωsp由用戶(hù)提供，角頻率ωe則由頻率產(chǎn)生算法控制。角度積分器的8個(gè)高位作為指針，指向一個(gè)256字符的正弦波值查詢(xún)表。只要將一個(gè)固定值(步階幅度)加到此寄存器，指針就會(huì )以固定速率在表格上循環(huán)移動(dòng)，并在移到表格尾端時(shí)折回表格的最前端繼續移動(dòng)。它還需要sine(α)的值，以便將參考電壓向量分解成參考電壓向量所在扇形區(sector)的基本空間向量。由于6個(gè)扇形區都采用同樣的分解程序，系統只需一份60