單片DSP實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制和PFC

現(xiàn)在DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）已從80年代幾百美元降到3美元，而性能更加強(qiáng)大，集成有各種復(fù)雜的外設(shè)。使設(shè)計(jì)人員可用單片DSP實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制。

DSP控制器概述

實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求馬達(dá)控制器提供如下性能：具有產(chǎn)生多路高頻，高分辨率脈寬調(diào)制（PWM）波形的能力；實(shí)現(xiàn)需要最小轉(zhuǎn)矩、在線參量和適應(yīng)及提供精密速度控制的先進(jìn)算法的快速處理；具有從同一控制器提供馬達(dá)控制、功率因數(shù)校正（PFC）和通信裝置的能力，能過(guò)降低元件數(shù)、簡(jiǎn)單板布局和容易制造使盡可能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)完整方案；允許用改變軟件代替重新設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)將來(lái)產(chǎn)品改進(jìn)的靈活方案。

新型DSP是針對(duì)這些問(wèn)題設(shè)計(jì)的。這些控制器具有DSP芯片的計(jì)算能力，片上還集成了有用的外設(shè)。這減少了系統(tǒng)元件數(shù)和板尺寸。

馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用DSP

TI公司的TMS320C24X家庭包含存儲(chǔ)器和外設(shè)。16位C24XDSP芯核具有30Mips處理能力。它內(nèi)含閃存或只讀存儲(chǔ)器。片上大量閃存使設(shè)計(jì)人員可把程序碼存儲(chǔ)在片上，不需外部存儲(chǔ)器。它的重新可編程性為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和升級(jí)節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。

C24XDSP集成有事件管理器，它為驅(qū)動(dòng)各種類(lèi)型馬達(dá)提供PWM輸出和I/O性能。PWM靜區(qū)產(chǎn)生單元保護(hù)功率晶體管，事件管理器提供兩個(gè)輸入做為正交脈沖編碼器直接輸入。

控制系統(tǒng)要求能感測(cè)電流、電壓和濕度的各種變化，C24XDSP中的多通道10位A/D變換器（最小變換時(shí)間500ns)具有這種能力。外設(shè)可選擇串行通信端口。

TI公司最新為數(shù)字控制應(yīng)用推出的TMS320C28X400Mips處理能力，它與TMS320C24X源碼兼容。

系統(tǒng)描述

多功能ac感應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)可用TMS320F420做為控制器。

3相馬達(dá)反相器用來(lái)自DSP的6個(gè)PWM輸出，用片上提供的軟件可編程靜區(qū)單元產(chǎn)生靜區(qū)。25齒鏈輪為DSP收集單元提供速度輸入。

功率因數(shù)校正用升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)。升壓變換器的電源開(kāi)關(guān)用DSP另外PWM通道控制。用簡(jiǎn)單的電壓分壓器和分流電路調(diào)理和輸送不同的電壓和電流到A/D變換器。

驅(qū)動(dòng)用三個(gè)軟件模塊：用于馬達(dá)控制的閉環(huán)間隔向量PWM（SVPWM）模塊；改善系統(tǒng)輸入功率因數(shù)的功率因數(shù)校正模塊；串行通信模塊。

SCPWM的實(shí)現(xiàn)

為了保證有效供給馬達(dá)能量，采用正確的反相器開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換方法是重要的。間隔向量脈沖寬度調(diào)制是開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換方法的一種，它比簡(jiǎn)單和低效率的方法（如正弦PWM）具有確定無(wú)疑的好處。SVPWM具有較多的dc總線利用率和較低諧波銅損耗。對(duì)于一給定的dc線電壓輸出，SVPWM可使3扼殺馬達(dá)功率輸出比正弦PWM供電馬達(dá)提高16%。

用間隔向量PWM實(shí)現(xiàn)的V/Hz控制系統(tǒng)框圖示于圖1。

功率因數(shù)校正

功率因數(shù)校正在世界市正在成為一個(gè)重要的產(chǎn)品特性，歐洲IEC和美國(guó)IEEE正在為限制離線設(shè)備中諧波電流制定標(biāo)準(zhǔn)。

很多新電子產(chǎn)品需要具有近似1的功率因數(shù)和無(wú)失真電流輸入波形。一般ac/dc變換器用帶電容器的二極管橋整流器從ac線電壓汲取功率。采用整流器/電容器輸入濾波器的離線設(shè)備中的輸入電流波形是窄脈沖。因此，由于電流波形的離諧波失真使功率因數(shù)很壞。

升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用單一功率開(kāi)關(guān)改善輸入功率因數(shù)（見(jiàn)圖2）。功率開(kāi)關(guān)控制能量流。當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電流在升壓電感器中聚集而二極管保持關(guān)斷。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，存儲(chǔ)在電感中的能量通過(guò)二極管充電dc鏈路電容器。按照所希望的電壓可控制電感器電流。對(duì)于功率因數(shù)校正，通常按照整泫電壓控制電感器電流，而ac端電流與ac線電壓相同。

升壓變換器的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于任何遠(yuǎn)源濾波器。

結(jié)語(yǔ)

價(jià)廉DSP正在變?yōu)槌杀久舾袘?yīng)用的合適選擇。這類(lèi)控制器足夠的帶寬和片上外設(shè)能實(shí)現(xiàn)單征馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的多功能要求。這些功能是：馬達(dá)控制，功率因數(shù)校正和通信協(xié)議。