【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 測(cè)與保護(hù)電路 對(duì)于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)無刷直流機(jī)，在任意時(shí)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(gè)采樣電阻就可以檢測(cè)導(dǎo)通相的電流。 RR4R1R3R2R5R6C1C1GND GND542312U 1 1 AV C CGNDU 1 2I過電流信號(hào) 圖 28 電流檢測(cè)與保護(hù)電路原理 The diagram of current detection and protection circuit 如圖 28 示，電流信號(hào)通過檢測(cè)采樣電阻 R 兩端的電壓得到。電流檢測(cè)信號(hào)一方面作為 DSP 的過流保護(hù)信號(hào)，接至 DSP 的 PDPINTA 引腳；另一方面作為電流環(huán)的反饋信號(hào)，輸入到 DSP 的 ADCIN00 引腳。 過流檢測(cè)是為了防止電機(jī)過載、起動(dòng)或異常運(yùn)行時(shí)由于電流過大而對(duì)控制電路、功率逆變器和電動(dòng)機(jī)本體的損害而設(shè)計(jì)的。在直流側(cè)串聯(lián)一個(gè)采樣電阻，通過將采樣電阻兩端電壓進(jìn)行比較來確定主電路電流是否過流，過流信號(hào)送至 DSP 的中斷引腳，封鎖功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。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(hào)，防止過電流誤動(dòng)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(hào)的電壓范圍為 0～ ，而電流采樣信號(hào)比較小，所以需要進(jìn)行放大。同時(shí)為了保護(hù) DSP 不因過流信號(hào)而損壞，還應(yīng)該對(duì)電流信號(hào) 進(jìn)行隔離。具體的放大電路可參照端電壓檢測(cè)電路。 故障處理和保護(hù)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(dòng)保護(hù)中斷PDPINTA 。當(dāng)器件功率保護(hù)輸入引腳 PDPINTA 被置為低電平時(shí)， DSP 內(nèi)部定時(shí)器立即停止計(jì)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種保護(hù)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(hào)一方面輸入或非門（如 CD4078），一方 面送入 DSP 進(jìn)行判別。當(dāng)任一種故障發(fā)生時(shí)，或非門輸出一個(gè)低電平信號(hào)，向 DSP 申請(qǐng)故障中斷，封鎖 PWM 輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保護(hù)功能 各種故障信號(hào)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(hù)電路 DSP 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交流母線電壓，當(dāng)電網(wǎng)電壓過低或過高時(shí)，關(guān)閉逆變器，使控制器不會(huì)損壞。電機(jī)在起動(dòng)過程中，如果出現(xiàn)了欠壓的情況，電機(jī)將起動(dòng)不了，會(huì)使電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，從而對(duì)系統(tǒng)造成損壞。為了避免上述情況，我們?cè)O(shè)計(jì)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(hù)原理圖 The diagram of overvoltage,undervoltage protection schematic 過、欠壓保護(hù)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(dāng)三相交流電出現(xiàn)過壓或者是欠壓時(shí)，過、欠壓保護(hù)電路的輸入電壓 IN 就會(huì)發(fā)生變化，輸出端的信號(hào) LOWVOL 和 OVERVOL 就會(huì)輸出信號(hào)給控制電路進(jìn)行處理。 如圖 210 所示，系統(tǒng)采用信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成直流電。按照在 ? 10%的范圍內(nèi)作為正常來衡量，標(biāo)定電位器 W3 和 W4,W3 標(biāo)定欠壓， W4 標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)線，即三相交流輸入電壓低于 342V 時(shí) (變壓器副邊電壓低于 9V )為欠壓，此時(shí) INU 為 。以 INU = 為基準(zhǔn)，標(biāo)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(shí)， 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(dāng)輸入幅值電壓低于 342V時(shí)， 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(shí)為過壓的標(biāo)準(zhǔn)線，即三相交流輸入電壓高于 418V時(shí)（變壓器副邊電壓高于 11V）為過壓，此時(shí) INU 為 。以 INU =基準(zhǔn)，標(biāo)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(shí)， 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(shí)， 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(hào)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(hào)只有在發(fā)生欠壓時(shí)，為“ 1”，其它情況都為“ 0”。而 OVERVOL信號(hào)只有在發(fā)生過壓時(shí)，為“ 0”，其它情況都為“ 1”。 我們將 LOWVOL 取反后，通過故障保護(hù)電路送到 DSP 的引腳 PDPINTA 。同樣將OVERVOL 信號(hào)送到 DSP 的引腳 PDPINTA ，就可以實(shí)現(xiàn)過、欠壓保護(hù)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(hào)V C CV C C 圖 210 過、欠電壓信號(hào)輸出原理圖 The diagram of overvoltage,undervoltage signal output schematic DSP 控制電路設(shè)計(jì) TMS320LF240X 芯片為公司的 MS320C200 系列下的一種定點(diǎn) DSP 芯片，特別適合于運(yùn)動(dòng)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(yùn)算速度在 30MPIS 以上、外設(shè)集成度高、程序存儲(chǔ)量大（片內(nèi) FLASH）、 ADC 模塊的轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn)。同時(shí)，該類芯片具有強(qiáng)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(hào)為 TMS320LF2407A。 TMS320LF2407A 簡(jiǎn)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(diǎn)： 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(shí)時(shí)控制能力。 2)片內(nèi)高達(dá) 32K 字的 FLASH 程序存儲(chǔ)器，高達(dá) 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(gè)事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個(gè)包括：兩個(gè) 16 位通用定時(shí)器； 8 個(gè) 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(duì)稱和非對(duì)稱波形；當(dāng)外部引腳 PDPINTx 出現(xiàn)低電平時(shí)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(shí)輸出觸發(fā)脈沖； 3 個(gè)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(dòng)機(jī)、無刷直流機(jī)、開保證關(guān)磁阻電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)、多極電機(jī)和逆變器。 4)可擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器，總共 192K 字； 64K 字程序存儲(chǔ)器空間； 64K 字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間； 64K 字 I/O 尋址空間。 5)看門狗定時(shí)器模塊 (W 和 DT) ,保證程序運(yùn)行的安全性。 6)16 通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500ns，可選擇兩個(gè)事件管理器來觸發(fā)的兩個(gè) 8 通道輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器或一個(gè) 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(shí)鐘發(fā)生器。 11)高達(dá) 40 個(gè)可單獨(dú)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(shí)現(xiàn)單指令周期的乘法運(yùn)算； 5 個(gè)外部中斷 (電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、復(fù)位和兩個(gè)可屏蔽中斷 )。 13)電源管理包括 3 種低功耗模式，并且能獨(dú)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(jì) [16] 1)起停電路的實(shí)現(xiàn) 起動(dòng)、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(dòng)、停止控制電路圖 The diagram of start,stop control circuit 起動(dòng)、停止電路都是最基本的 RC 充放電路?？刂齐姍C(jī)起動(dòng)，通過按按鈕 SW2， START信號(hào)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(dāng) DSP 檢測(cè)到 START 信號(hào)變低時(shí)，系統(tǒng)便開始電機(jī)起動(dòng)程序。 而電機(jī)停機(jī)是通過 SW1 按鈕控制， STOP 信號(hào)送 DSP 的 ADCIN04(I/O)口，當(dāng) SW1按下時(shí)， DSP 檢測(cè)到高電平時(shí)，電機(jī)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(jiǎn)單 實(shí) 用 的 上電 復(fù) 位 電 路， 電 源 剛 加上 時(shí) ，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(gè) CLKOUT 周期，即當(dāng)時(shí)鐘為 20MHz 時(shí)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(shí)間主要由 R 和 C 確定。 A 點(diǎn)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(shí)間至少為 167ms，從而滿足系統(tǒng)復(fù)位要求。 實(shí)際應(yīng)用中， DSP 的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率較高，運(yùn)行過程中極有可能會(huì)發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘， 1 腳懸空。 系統(tǒng)中由于 DSP的時(shí)鐘為 20 MHz，所以選擇外部晶振為 20MHz。對(duì) TMS320