【文章內(nèi)容簡介】 測與保護電路 對于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)無刷直流機，在任意時刻，只有兩相繞組通電，電流從一相繞組流入，再從一相繞組流出，電流大小與直流側(cè)電流大小相等。這樣，只需要在直流 側(cè)接入一個采樣電阻就可以檢測導(dǎo)通相的電流。 RR4R1R3R2R5R6C1C1GND GND542312U 1 1 AV C CGNDU 1 2I過電流信號 圖 28 電流檢測與保護電路原理 The diagram of current detection and protection circuit 如圖 28 示，電流信號通過檢測采樣電阻 R 兩端的電壓得到。電流檢測信號一方面作為 DSP 的過流保護信號，接至 DSP 的 PDPINTA 引腳；另一方面作為電流環(huán)的反饋信號，輸入到 DSP 的 ADCIN00 引腳。 過流檢測是為了防止電機過載、起動或異常運行時由于電流過大而對控制電路、功率逆變器和電動機本體的損害而設(shè)計的。在直流側(cè)串聯(lián)一個采樣電阻，通過將采樣電阻兩端電壓進行比較來確定主電路電流是否過流，過流信號送至 DSP 的中斷引腳，封鎖功率開關(guān)的驅(qū)動信號。如圖 28 所示，其中電容 C1和 C2的作用是濾去采樣電阻兩端電壓的高頻干擾信號，防止過電流誤動作。采樣電阻應(yīng)根據(jù)最大允許電流的限值來選取，其阻值以端電壓為 。由于 TMS320LF2407A 的 A/D轉(zhuǎn)換單元輸入信號的電壓范圍為 0～ ，而電流采樣信號比較小，所以需要進行放大。同時為了保護 DSP 不因過流信號而損壞，還應(yīng)該對電流信號 進行隔離。具體的放大電路可參照端電壓檢測電路。 故障處理和保護電路 故障處理電路 為保證系統(tǒng)中功率電路安全可靠地工作， DSP 控制器提供了功率驅(qū)動保護中斷PDPINTA 。當器件功率保護輸入引腳 PDPINTA 被置為低電平時， DSP 內(nèi)部定時器立即停止計數(shù)，所有 PWM 輸出管腳全部呈現(xiàn)高祖態(tài)。利用它可方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的各種保護功能。 故障處理電路原理如圖 29 所示，過電壓、欠電壓、過電流的各種故障信號一方面輸入或非門（如 CD4078），一方 面送入 DSP 進行判別。當任一種故障發(fā)生時，或非門輸出一個低電平信號，向 DSP 申請故障中斷，封鎖 PWM 輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)的保護功能 各種故障信號PDP INT A顯示 LE DI/OTM S32 0LF 2407AI/O控制繼電器+ 圖 29 故障處理原理圖 The diagram of schematic Troubleshooting 過欠電壓保護電路 DSP 實時監(jiān)測交流母線電壓，當電網(wǎng)電壓過低或過高時，關(guān)閉逆變器，使控制器不會損壞。電機在起動過程中，如果出現(xiàn)了欠壓的情況，電機將起動不了，會使電機出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，從而對系統(tǒng)造成損壞。為了避免上述情況，我們設(shè)計了下面的電 路如圖 210。 C12 2 0 u FR 3 21 0 K5KR 2 9R 3 31 0 KU 1 0P C 8 1 7U 1 1P C 8 1 7T1T R A N S 13 8 0 V A CV C C1 0 V A CD4IN 2 3 1 B / 5 VD3IN 2 3 1 B / 5 VQ29 0 1 3Q19 0 1 3L O W V O LO V E R V O LW42 0 KW32 0 KV C C1 42 3ACACV+VB1 圖 210 過、欠電壓保護原理圖 The diagram of overvoltage,undervoltage protection schematic 過、欠壓保護電路 [12]的輸入電壓 IN 必須能反映三相交流輸入電源的變化，這樣當三相交流電出現(xiàn)過壓或者是欠壓時，過、欠壓保護電路的輸入電壓 IN 就會發(fā)生變化，輸出端的信號 LOWVOL 和 OVERVOL 就會輸出信號給控制電路進行處理。 如圖 210 所示，系統(tǒng)采用信號變壓器，原邊為三相交流電壓的某線電壓，變 比為 380：10，通過橋式整流，將副邊的交流信號轉(zhuǎn)換成直流電。按照在 ? 10%的范圍內(nèi)作為正常來衡量，標定電位器 W3 和 W4,W3 標定欠壓， W4 標定過壓。我們以比三相交流電正常供電電壓 (380V)低 10%(即幅值 342V)為欠壓的標準線，即三相交流輸入電壓低于 342V 時 (變壓器副邊電壓低于 9V )為欠壓，此時 INU 為 。以 INU = 為基準，標定 W3 使其中間抽頭輸出電壓為 5V。這樣 在輸入電壓在 380V? 10%內(nèi)時， W3 使其中間抽頭輸出電壓一定高于 5V,穩(wěn)壓二極管 D3 穩(wěn)壓使 Q1 的基極電壓穩(wěn)定為 5V, Q1 控制光耦 U10 的輸入端導(dǎo)通，從而使 LOWVOL 輸出“ 0”，而當輸入幅值電壓低于 342V時， W3 中間抽頭輸出電壓一定低于 5V，三極管 Q1 不工作， LOWVOL 輸出“ 1”。同樣的原理應(yīng)用于過壓上，以比三相交流電正常供電電壓高 10%（即幅值 418V）時為過壓的標準線，即三相交流輸入電壓高于 418V時（變壓器副邊電壓高于 11V）為過壓，此時 INU 為 。以 INU =基準，標定 W4 使其中間抽頭輸出電壓為 5V。這樣在輸入電壓在 380V? 10%內(nèi)時， W4 中間抽頭輸出電壓一定低于 5V，三極管 Q2 不工作， OVERVOL 輸出“ 1”。輸入幅值電壓高于 418V時， W4 中間抽頭輸出電壓一定高于 5V，穩(wěn)壓二極管 D4 穩(wěn)壓使 Q2 的基極電壓穩(wěn)定為 5V,Q2 控制光耦 U11 的輸入端導(dǎo)通，從而使 OVERVOL 輸出“ 0”。所以，通過以上的分析我們可以得到如表 21 的真值表。 表 22 過欠壓信號真值表 Table of overvoltage,undervoltage signal truth table LOWVOL OVERVOL 正常 0 1 欠壓 1 1 過壓 0 0 可以看出， LOWVOL 信號只有在發(fā)生欠壓時，為“ 1”，其它情況都為“ 0”。而 OVERVOL信號只有在發(fā)生過壓時，為“ 0”，其它情況都為“ 1”。 我們將 LOWVOL 取反后，通過故障保護電路送到 DSP 的引腳 PDPINTA 。同樣將OVERVOL 信號送到 DSP 的引腳 PDPINTA ，就可以實現(xiàn)過、欠壓保護功能。電路原理圖如圖（ 210）所示。 1 2U 1 2 A7 4 L S 0 41 2U 1 2 A7 4 L S 0 41 2U 1 2 A7 4 L S 0 4R 3 41 0 KR 3 55KL O W V O LO V E R V O L過、欠電壓信號V C CV C C 圖 210 過、欠電壓信號輸出原理圖 The diagram of overvoltage,undervoltage signal output schematic DSP 控制電路設(shè)計 TMS320LF240X 芯片為公司的 MS320C200 系列下的一種定點 DSP 芯片，特別適合于運動系統(tǒng)全數(shù)字化控制。它具有低成本、低功耗、高性能的處理 能力。它將幾種外設(shè)集成到芯片內(nèi)，形成了真正的單芯片控制器，具有運算速度在 30MPIS 以上、外設(shè)集成度高、程序存儲量大（片內(nèi) FLASH）、 ADC 模塊的轉(zhuǎn)換速度快等特點。同時，該類芯片具有強大的外部通信接口（ SCI、 SPI、 CAN）便于構(gòu)成大的控制系統(tǒng)。因此本系統(tǒng)選用 DSP 的型號為 TMS320LF2407A。 TMS320LF2407A 簡介 TMS320LF2407A[15]是 TMS320C24x 系列中功能最高的一款 DSP，該芯片與同系列其它 DSP 相比，有如下一些特點： 1)采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)，供電電壓為 ，減小控制器的功耗； 30MIPS 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 33ns，從而提高了控制器的實時控制能力。 2)片內(nèi)高達 32K 字的 FLASH 程序存儲器，高達 字的數(shù)據(jù) /程序 RAM。 544 字雙端口 RAM(DRRAM)和 2K 字的單口 RAM( SARAM )。 3)兩個事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個包括：兩個 16 位通用定時器； 8 個 16 位的脈寬調(diào)制 (PWM)通道。它們能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反相控制； PWM 對稱和非對稱波形；當外部引腳 PDPINTx 出現(xiàn)低電平時快速關(guān)閉 PWM 通道；可編程的 PWM 死 區(qū)控制以防止上、下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖； 3 個捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路； 6 通道 A/D 轉(zhuǎn)換器。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電動機、無刷直流機、開保證關(guān)磁阻電機，步進電機、多極電機和逆變器。 4)可擴展的外部程序存儲器，總共 192K 字； 64K 字程序存儲器空間； 64K 字數(shù)據(jù)存儲器空間； 64K 字 I/O 尋址空間。 5)看門狗定時器模塊 (W 和 DT) ,保證程序運行的安全性。 6)16 通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時間為 500ns，可選擇兩個事件管理器來觸發(fā)的兩個 8 通道輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器或一個 16 位通道輸入的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 7)控制器局域網(wǎng) (CAN)模塊。 8)串行通訊接口 (SCI)。 9)16 位的串行外設(shè)接口 (SPI)。 10)基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。 11)高達 40 個可單獨編程或復(fù)用的通用輸入 /輸出引腳 (GPIO)。 12)32 位累加器和 32 位中央算術(shù)邏輯單元（ CALU）； 16 位 *16 位并行乘法器，可實現(xiàn)單指令周期的乘法運算； 5 個外部中斷 (電機驅(qū)動保護、復(fù)位和兩個可屏蔽中斷 )。 13)電源管理包括 3 種低功耗模式，并且能獨立將外設(shè)器件轉(zhuǎn)為低功耗模式。 起停電路、 DSP 晶振及復(fù)位電路設(shè)計 [16] 1)起停電路的實現(xiàn) 起動、停止電路如圖 315 所示 : R 6 8R 1 8S W 1S W 21 2A7 4 L S 0 4C CV C CR 1 7R 1 6S T O PS T A R T 圖 211 起動、停止控制電路圖 The diagram of start,stop control circuit 起動、停止電路都是最基本的 RC 充放電路?？刂齐姍C起動，通過按按鈕 SW2， START信號由高電平變?yōu)榈碗娖剑?DSP 的 ADCIN04(I/O) 多功能口，通過程序?qū)?ADCIN04（ I/O）口配置成 I/O 口，當 DSP 檢測到 START 信號變低時，系統(tǒng)便開始電機起動程序。 而電機停機是通過 SW1 按鈕控制， STOP 信號送 DSP 的 ADCIN04(I/O)口，當 SW1按下時， DSP 檢測到高電平時，電機停轉(zhuǎn)。電阻 R17 和 R18 是為了防止在高電平到低電平的突變，起到續(xù)流的作用。 2)復(fù)位電路 系 統(tǒng) 的 復(fù) 位 電 路采 用 的 為 簡單 實 用 的 上電 復(fù) 位 電 路， 電 源 剛 加上 時 ，TMS320LF240LF7A 處于復(fù)位狀態(tài)， RS 為低電平使芯片復(fù)位。為使芯片初始化正確一般應(yīng)保證 RS 為低電平至少 3 個 CLKOUT 周期，即當時鐘為 20MHz 時的 600ns。但是，在上電后，系統(tǒng)的晶體振蕩器往往需要幾 百毫秒的穩(wěn)定期，一般為 100ms～ 200ms。 R1 00 KC4 .7 FV C C1 2A7 4L S 0 41 2A7 4L S 0 4RS 圖 212 復(fù)位電路 The diagram of reset circuit 系統(tǒng)采用圖 212 電路的復(fù)位時間主要由 R 和 C 確定。 A 點電壓 ? ??????? ?? ? ?tCC eVV 1設(shè)V1=，則 : ?????? ?? CCVVRCt 11ln1 ??????????????（ 27） 選擇 R=100K? ,C =? F,可得 t1=167ms，隨后的施密特觸發(fā)器保證了低電平的持續(xù)時間至少為 167ms，從而滿足系統(tǒng)復(fù)位要求。 實際應(yīng)用中， DSP 的系統(tǒng)時鐘頻率較高，運行過程中極有可能會發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴重時系統(tǒng)會出現(xiàn)死機現(xiàn)象，所以，在以后的工作中，為了克服上述問題，硬件上必須做出相應(yīng)的處理。其中最有效的辦法是采用具有監(jiān)視 (Watchdog)功能的復(fù)位電路。 3)晶振電路 給 DSP 芯片提供時鐘一般有兩種方法，一種是利用 DSP 芯片內(nèi)部提供的晶振電路，在 DSP 芯片的 X1 和 X2CLKIN 之間連接一晶體可起動內(nèi)部晶體振蕩器，這種方式的晶體應(yīng)為基本模式，且為并聯(lián)諧振。 第二種是將外部時鐘源直接輸入 X2CLKIN 引腳， X1 懸空。采用封裝好的晶體振蕩器，這種方法使用方便，在實際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。在本系統(tǒng)中正是利用第二種方法提供給 DSP 芯片時鐘信號源，電路圖如圖 213 所示 4 腳加 ， 2 腳接地，就可在三腳得到所需的時鐘， 1 腳懸空。 系統(tǒng)中由于 DSP的時鐘為 20 MHz，所以選擇外部晶振為 20MHz。對 TMS320