ADMC328 DSP控制器在交流異步機(jī)變頻調(diào)速中的應(yīng)用

ADMC328芯片是美國模擬器件公司(簡稱ADI)最新推出的ADMC3XX系列單片DSP電機(jī)控制器中最簡單的一種[1]，它可用于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)的高性能控制，在冰箱、空調(diào)和洗衣機(jī)等家用電器及風(fēng)機(jī)、泵或一般工業(yè)變速傳動(dòng)控制中，以其結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷、可靠性高、功能強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢贏得廣大用戶的關(guān)注。

　　ADMC328僅有28個(gè)引腳，其內(nèi)部除有一個(gè)與ADSP-2100系列兼容的20MIPS定點(diǎn)DSP的ADSP-2171內(nèi)核外，還包括了512×24位的程序存儲器RAM，4K×24位的程序存儲器ROM，512×16位的數(shù)據(jù)存儲器RAM，三相6路輸出的16位精度的PWM發(fā)生器，6路最高轉(zhuǎn)換精度可達(dá)12位的模擬輸入通道，2路可用于數(shù)模轉(zhuǎn)換的輔助PWM輸出，1個(gè)雙緩沖串行端口，9位可編程多功能復(fù)用的輸入/輸出PIO端口，16個(gè)中斷源以及上電復(fù)位電路和16位監(jiān)視定時(shí)器等。這為用戶對變頻器控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了很大方便[1][2]。

　　因ADMC328是ADI公司最新推出的產(chǎn)品，迄今為止國內(nèi)尚未見到關(guān)于用其實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的報(bào)道。我們注意到該芯片的特點(diǎn)，對其進(jìn)行了應(yīng)用研究和開發(fā)。在北京市英賽爾器件集團(tuán)的支持下，我們利用ADI的ADMC32X評估板，設(shè)計(jì)了異步機(jī)通用變頻器的接口電路和主電路，進(jìn)行了帶標(biāo)準(zhǔn)鼠籠式異步機(jī)的調(diào)速試驗(yàn)，取得了較好的控制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ADMC328 DSP電機(jī)控制器在調(diào)節(jié)性能、運(yùn)算處理能力、可靠性及使用的方便程度等方面都具有良好的特性，不失為電機(jī)變速控制的理想解決方案。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)

　　用ADI公司開發(fā)的ADMC32X

　　評估板并設(shè)計(jì)配置了相應(yīng)的外圍電路、主電路及驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，構(gòu)成了異步機(jī)U/f比開環(huán)速度控制系統(tǒng)，電路原理圖見圖1。

ADMC32X評估板(如圖1虛線框內(nèi)所示)可將ADMC328的全部功能向用戶開放，此外，該板內(nèi)部還提供了復(fù)位、晶振、串行ROM和計(jì)算機(jī)通訊接口(為突出重點(diǎn)，評估板上其他一些相關(guān)電路未在圖中給出)，用戶可利用這些資源進(jìn)行先期開發(fā)。

　　主電路為標(biāo)準(zhǔn)的電壓型PWM變頻器，用IGBT功率器件構(gòu)成逆變器，將PWM開關(guān)頻率設(shè)置在20kHz。利用適當(dāng)阻值的取樣電阻R檢測直流母線電流，當(dāng)逆變器發(fā)生過流或短路時(shí)，ADMC328的ISENSE端會因檢測到的電流過大而產(chǎn)生過流保護(hù)信號，并關(guān)閉逆變器，實(shí)現(xiàn)對變頻器的保護(hù)。通過分壓電阻檢測直流母線電壓，該測量值由ADMC328的模擬輸入端口V1讀入，以實(shí)現(xiàn)測量、調(diào)節(jié)或控制功能。IGBT的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)(未在圖中畫出)宜選用EXB841或TLP250等光電隔離型器件，IGBT驅(qū)動(dòng)電路檢測到的過流和短路保護(hù)信號由ADMC328的PWMTRIP端監(jiān)測，一旦過流或短路發(fā)生，ADMC328的內(nèi)部中斷立即關(guān)閉逆變器輸出。整個(gè)主電路與控制電路的公共端僅在一點(diǎn)連接，這樣可有效地抑制外部干擾。當(dāng)變頻器容量較大時(shí)，最好將取樣電阻換成霍爾元件，實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路的電隔離。

　　在ADMC32X評估板上外接的發(fā)光二極管(LED)顯示電路由串行LED驅(qū)動(dòng)器件和8位數(shù)碼管組成，可分別顯示變頻器的設(shè)定頻率、輸出頻率、輸出電壓或輸出電流(通過取樣電阻R間接得到)等參量。電位器W1的模擬量由模擬輸入端口V2讀入，作為變頻器輸出頻率的設(shè)定值。因ADMC328的開關(guān)量I/O端口有限，硬件設(shè)計(jì)時(shí)可用有關(guān)器件擴(kuò)展I/O端口或利用其不用的3位模擬輸入端口(分別為VAUX0~VAUX2)作為開關(guān)量檢測端。本電路采用第二種方案，K1~K33個(gè)開關(guān)和按鍵分別用來實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的起/?？刂?、電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)設(shè)置以及選擇LED顯示內(nèi)容等功能。與I/O端口復(fù)用的輔助PWM的AUX0輸出端可用于產(chǎn)生制動(dòng)等開關(guān)控制信號，或者在AUX0端加濾波器后作為模擬量輸出，用來實(shí)現(xiàn)模擬量指示或調(diào)節(jié)。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程和調(diào)試，當(dāng)完成應(yīng)用程序的開發(fā)后，可將程序?qū)懭朐u估板上的串行ROM，系統(tǒng)即可脫機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。