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基于SPMC75系列单片机的高性能三相变频电源

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:541

1 引言
  变频电源是一种电源变换设备,因具有输出波形纯正、输出电压稳定、输出频率和输出电压可调等优点。其良好的性能,在传感、仪器仪表、工业控制等领域有广泛应用。本文主要介绍利用spmc75f2413a和ipm(ps21865a)实现高性能三相变频电源的开发。
2 芯片特性简介
  spmc752413a是μ’nsp™系列产品的一个新成员,是凌阳科技新推出的专用于变频驱动的16位微控制器。其拥有性能出色定时器和pwm信号发生器组。
  spmc75f2413a在4.5v~5.5v工作电压范围内的工作速度范围为0~24mhz,拥有2k字sram和32k字闪存rom;最多64个可编程的多功能i/o端口;5个通用16位定时器/计数器(其中有二个电机驱动专用pwm波形发生器,二个位置侦测接口定时器),且每个定时器均有pwm发生的事件捕获功能;2个专用于定时可编程周期定时器;可编程看门狗;低电压复位/监测功能;8通道10位模-数转换。在这些硬件外设的支持下spmc75f2413a可以方便实现各种变频系统。
spmc75f2413a的特性如下:

1. 高性能的16位cpu内核
a) 凌阳16位u'nsp处理器(isa 1.2)
b) 片内基于锁相环的时钟发生模块
c) 最高系统频率fck:24mhz
2. 片内存储器
a) 32k words (32k×16bit) flash
b) 2k words (2k×16bit) sram
3. 工作温度: -40 ℃~85 ℃
4. 10位adc模块
a) 可编程转换速率,最大转换速率100ksps
b) 8个外部输入通道
c) 可与pdc或mcp等定时器联动,实现电机控
制中的电参量测量
5. 串行通讯接口
a) 通用异步串行通讯接口(uart)
b) 标准外围接口(spi)
6. 64(qfp80)/48(qfp64)个通用输入输出脚
7. 可编程看门狗定时器
8. 内嵌在线仿真电路ice接口:可实现在线仿
真、调试和下载通用16位定时/计数器
1. pdc定时器
a) 两个pdc定时器:pdc0和pdc1
b) 可同时处理三路捕获输入
c) 可产生三路pwm输出(中心对称或边沿方式)
d) bldc驱动的专用位置侦测接口
e) 两相增量码盘接口,支持四种工作模式,
拥有四倍频电路
2. mcp定时器
a) 两个mcp定时器:mcp3和mcp4
b) 能产生三相六路可编程的pwm波形,如三
相spwm、svpwm等
c) 提供pwm占空比值同步载入逻辑
d) 可选择与pdc的位置侦测变化同步
e) 可编程的硬件死区插入功能,死区时间可
设定
f) 可编程的错误和过载保护逻辑
3. tpm定时器
a) 一个tpm定时器:tpm2
b) 可同时处理二路捕获输入
c) 可产生二路pwm输出(中心对称或边沿方式)
两个cmt定时器

3 系统总体方案介绍
本高性能三相变频电源系统主要由凌阳16位单片机spmc75f2413a、三凌的ipm功率模组芯片ps21865a组成,系统框图如图 3-1。


图 3-1系统框图

这个系统的功能:
系统运行参数可调化,以适应不同应用的需要调整系统的输出频率和输出电压;
拥有实时的信息和状态显示,主要用于当前系统的状态信息显示和人机接口的一部分;
带有系统参数设置和控制用的键盘;
完备的系统保护功能,在系统异常时保护系统不受损坏;
系统工作流程:
spmc75f2413a接收根据设置来自键盘或是通信接口的控制信息产生相应的spwm驱动信号,信号经ps21865a功率变换后、输出滤波和输出变压器后输出。同时spmc75f2413a会随时监视系统的运行,保证输出正常,一旦出现异常便会立即保护,同时报警,以提醒用户进行处理。
4 系统硬件设计
整个系统的核心电路是波形合成电路,其结构和性能决定了整个系统的性能。本系统的波形合成电路使用spmc75f2413a、功率模组ps21865a、输出变压器和输出滤波电路几部分组成。其中ps21865a内部是一个三相的功率桥和相应驱动电路,用于实现svpwm信号的功率放大功能;输出变压器和输出滤波电路则主要用于将ps21865a输出功率svpwm信号变换为正弦输出,并滤除其高次谐波,保证输出波形的纯正;而spmc75f2413a 单片机的主要作用则是:1. 产生驱动变频电源所需的svpwm信号。2. 完成人机交互,方便用户对系统的控制。3. 处理相关的异常信息,确保系统的安全可靠。
spmc75f2413a产生的三相互补的svpwm信号经由芯片的iob0~5输出,控制ps21865a的三相全桥电路,信号经功率合成、低通滤波和三相输出变压器后输出给负载。同时,系统的工作电流和输出电压均会反馈给spmc75f2413a,供给系统控制使用。spmc75f2413a的iob6和iob7是错误侦测和过载保护输入端,通过对其传回信号的检测,一旦ps21865a出现工作

1 引言
  变频电源是一种电源变换设备,因具有输出波形纯正、输出电压稳定、输出频率和输出电压可调等优点。其良好的性能,在传感、仪器仪表、工业控制等领域有广泛应用。本文主要介绍利用spmc75f2413a和ipm(ps21865a)实现高性能三相变频电源的开发。
2 芯片特性简介
  spmc752413a是μ’nsp™系列产品的一个新成员,是凌阳科技新推出的专用于变频驱动的16位微控制器。其拥有性能出色定时器和pwm信号发生器组。
  spmc75f2413a在4.5v~5.5v工作电压范围内的工作速度范围为0~24mhz,拥有2k字sram和32k字闪存rom;最多64个可编程的多功能i/o端口;5个通用16位定时器/计数器(其中有二个电机驱动专用pwm波形发生器,二个位置侦测接口定时器),且每个定时器均有pwm发生的事件捕获功能;2个专用于定时可编程周期定时器;可编程看门狗;低电压复位/监测功能;8通道10位模-数转换。在这些硬件外设的支持下spmc75f2413a可以方便实现各种变频系统。
spmc75f2413a的特性如下:

1. 高性能的16位cpu内核
a) 凌阳16位u'nsp处理器(isa 1.2)
b) 片内基于锁相环的时钟发生模块
c) 最高系统频率fck:24mhz
2. 片内存储器
a) 32k words (32k×16bit) flash
b) 2k words (2k×16bit) sram
3. 工作温度: -40 ℃~85 ℃
4. 10位adc模块
a) 可编程转换速率,最大转换速率100ksps
b) 8个外部输入通道
c) 可与pdc或mcp等定时器联动,实现电机控
制中的电参量测量
5. 串行通讯接口
a) 通用异步串行通讯接口(uart)
b) 标准外围接口(spi)
6. 64(qfp80)/48(qfp64)个通用输入输出脚
7. 可编程看门狗定时器
8. 内嵌在线仿真电路ice接口:可实现在线仿
真、调试和下载通用16位定时/计数器
1. pdc定时器
a) 两个pdc定时器:pdc0和pdc1
b) 可同时处理三路捕获输入
c) 可产生三路pwm输出(中心对称或边沿方式)
d) bldc驱动的专用位置侦测接口
e) 两相增量码盘接口,支持四种工作模式,
拥有四倍频电路
2. mcp定时器
a) 两个mcp定时器:mcp3和mcp4
b) 能产生三相六路可编程的pwm波形,如三
相spwm、svpwm等
c) 提供pwm占空比值同步载入逻辑
d) 可选择与pdc的位置侦测变化同步
e) 可编程的硬件死区插入功能,死区时间可
设定
f) 可编程的错误和过载保护逻辑
3. tpm定时器
a) 一个tpm定时器:tpm2
b) 可同时处理二路捕获输入
c) 可产生二路pwm输出(中心对称或边沿方式)
两个cmt定时器

3 系统总体方案介绍
本高性能三相变频电源系统主要由凌阳16位单片机spmc75f2413a、三凌的ipm功率模组芯片ps21865a组成,系统框图如图 3-1。


图 3-1系统框图

这个系统的功能:
系统运行参数可调化,以适应不同应用的需要调整系统的输出频率和输出电压;
拥有实时的信息和状态显示,主要用于当前系统的状态信息显示和人机接口的一部分;
带有系统参数设置和控制用的键盘;
完备的系统保护功能,在系统异常时保护系统不受损坏;
系统工作流程:
spmc75f2413a接收根据设置来自键盘或是通信接口的控制信息产生相应的spwm驱动信号,信号经ps21865a功率变换后、输出滤波和输出变压器后输出。同时spmc75f2413a会随时监视系统的运行,保证输出正常,一旦出现异常便会立即保护,同时报警,以提醒用户进行处理。
4 系统硬件设计
整个系统的核心电路是波形合成电路,其结构和性能决定了整个系统的性能。本系统的波形合成电路使用spmc75f2413a、功率模组ps21865a、输出变压器和输出滤波电路几部分组成。其中ps21865a内部是一个三相的功率桥和相应驱动电路,用于实现svpwm信号的功率放大功能;输出变压器和输出滤波电路则主要用于将ps21865a输出功率svpwm信号变换为正弦输出,并滤除其高次谐波,保证输出波形的纯正;而spmc75f2413a 单片机的主要作用则是:1. 产生驱动变频电源所需的svpwm信号。2. 完成人机交互,方便用户对系统的控制。3. 处理相关的异常信息,确保系统的安全可靠。
spmc75f2413a产生的三相互补的svpwm信号经由芯片的iob0~5输出,控制ps21865a的三相全桥电路,信号经功率合成、低通滤波和三相输出变压器后输出给负载。同时,系统的工作电流和输出电压均会反馈给spmc75f2413a,供给系统控制使用。spmc75f2413a的iob6和iob7是错误侦测和过载保护输入端,通过对其传回信号的检测,一旦ps21865a出现工作

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