基于DSP和IPM的变频调速系统的硬件设计

时间:2022-03-17 00:26

本文摘要:章节 变频调压技术普遍应用于工业领域。随着电力电子控制技术及元器件的大大发展,变频调压系统的集成度、智能化程度更加低,硬件包含也更加灵活、非常简单。 DSP(数字信号处理器)+IPM(智能功率模块)就是变频调压系统近期的发展方向之一。 在DSP+IPM包含的变频调压系统中,充分利用了DSP高速运算、配备非常丰富及IPM掌控信号模块非常简单、维护完备的特点,使得系统元器件数深感增加、结构紧凑,而性能及可靠性却深感提升,延长了产品开发周期,提升了产品的竞争力。

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章节  变频调压技术普遍应用于工业领域。随着电力电子控制技术及元器件的大大发展,变频调压系统的集成度、智能化程度更加低,硬件包含也更加灵活、非常简单。

DSP(数字信号处理器)+IPM(智能功率模块)就是变频调压系统近期的发展方向之一。  在DSP+IPM包含的变频调压系统中,充分利用了DSP高速运算、配备非常丰富及IPM掌控信号模块非常简单、维护完备的特点,使得系统元器件数深感增加、结构紧凑,而性能及可靠性却深感提升,延长了产品开发周期,提升了产品的竞争力。  笔者为某设备所做到的一个变频调压子系统就使用了DSP+IPM的结构。

下面讲解该系统的硬件设计方法。  硬件设计  DSP和IPM  该系统工况为24小时倒数工作制。拒绝不受上位机掌控,掌控两路电机的启动、暂停、扭矩及加速度,同时将掉电及故障信号对系统给上位机。系统拒绝结构紧凑、体积小、维护功能完善、平稳可信。

系统输出电压为3200VAC。掌控的两路电机功率分别为180W。根据以上拒绝,我们使用了DSP+IPM的硬件结构。

  因为系统拒绝实时控制两路电机的运营,我们搭配了TI公司的专为电机掌控设计的TMS320L2407A型DSP。该DSP使用了高性能静态CMOS技术,时钟频率平均40MHZ,指令周期仅有为25ns,可实现3.3V低功耗设计,符合实时控制拒绝。特别是在值得一提的是该DSP具备用作电机掌控的专用外围配备―两个事件管理模块EVA和EVB,每个模块还包括:两个16位标准化定时器;8个16位PWM地下通道;三个外部事件的时间标记捕捉单元;可编程的死区时间以避免直通故障;在片方位编码器模块电路;实时A./D转换器等,可便利地构建对两路电机的掌控。另外,该型DSP还有多达40个可分开编程的填充标准化输出/输入插槽、多达5个外部中断等配备,对实际应用于带给相当大便利。

  因为该系统输出电压为3200VAC,掌控的两路电机功率皆为180W,考虑到必要裕量,我们搭配了三菱公司第三代DIP-IPMPS21563(10A/600V)。三菱DIP-IPM是面向AC100~200V级小容量电机变频驱动、使用传送型PCB结构、将功率电路和驱动维护电路构建于一体的小型智能功率模块,具备以下特点:  3互为AC变频输入电路配备三菱第5代平面型IGBT和CSTBT(CarrierStoredTrench-gateBipolarTransistor:具备载流子蓄积层的沟槽型门近于结构双近于晶体管)功率芯片,构建更加低损耗。  使用自举电路结构,可实现单电源驱动。  内置有IGBT驱动电路,具备短路维护、掌控电源欠压维护功能。

P外侧具备UV(掌控电源欠压)维护功能,但不输入故障信号F。N外侧具备UV及SC(短路)维护功能,同时输入故障信号F。  内置专用HVIC(高压600VIC),需要隔绝绝缘电路(如光耦),可由DSP或3V级单片机必要驱动。

  输出模块电路使用高电平驱动逻辑,避免了原有产品低电平驱动方式对电源投放和截断时的时序拒绝,强化了模块自维护能力。  系统输出为3200VAC,经三相全桥整流为大约270VDC供给IPM,并由270V展开DC/DC切换产生辅助电源,为DSP、上位机及IPM模块获取掌控电源。上位机拒绝接受主系统控制,对DSP收到2路电机起停、4级加速度及8级速度的掌控信号,DSP根据上位机的掌控信号产生两组6路脉冲分别掌控两个IPM模块,从而掌控两路电机的起停、加速度及扭矩。

两路电机的扭矩通过轴编码器对系统返上位机。IPM的故障信号对系统给DSP,DSP将故障信号及丢弃电信号对系统返上位机。系统框图如图1右图。


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