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1、一种以DSP芯片为核心的通用型数字变频器系统设计方案概述（DSP）技术目前已经被广泛的应用在了控制芯片的研发设计 中，这也为数字技术的应用提供了更多的便利。今天我们将会为大 家分享一种基于DSP芯片的通用型数字（变频器）系统的设计方 案，该种方案具有设计简便、稳定性好、反应灵敏等优势，希望能 够对各位工程师的研发工作提供一定的借鉴和帮助。在本方案中，我们所设计的这种能够多方面通用的数字控制变 频器，其（电路）系统主要由主电路和控制电路组成。主电路采用 典型的电压型交-直-交通用变频器结构。控制电路主要包括DSP数 字控制器，由DSP、驱动电路、检测电路、（保护电路）以及辅助电 源电路组成。主电
2、路和控制电路原理系统结构框图如下图图1所 /Js o*曲笙码器*曲笙码器*曲笙码器1系统结构框图主电路设计在图1所给出的系统结构框图设计基础上，我们所设计的通用 型数字控制变频器主电路的原理结构图如下图图2所示。可以看 到，在这一方案中，其主电路结构由滤波、整流、中间滤波、泵升 吸收和逆变部分组成。输入功率级采用三相桥式不可控全波整流电 路，整流输出经过中间环节大电容滤波，获得平滑的直流电压。逆 变部分通过功率管的导通和关断，输出交变的脉冲电压序列。整流 电路将交流动力电变为直流电，本系统采用不可控全波整流模块2主电路原理结构图在主电路的设计过程中，我们为了有效防止尖峰电压对整流电 路的冲击，
3、故而在直流输出侧并联了一个可吸收高频电压的聚脂乙 烯（电容）C4,该电容的取值为0.22U F。整流电路输出的直流电 压含有脉动成分，逆变部分产生的脉动（电流）及负载变化也为直 流电压脉动，由Cl、C2滤波，取值为450V、470 uFo在图2所给 出的主电路结构图中，R2、R3为均压（电阻），取值为5W、 100kQ;Rl为充电限流电阻。启动变频器后经Is2s,由J2 （继电 器）（短路），以减少变频器正常工作时在中间直流环节上的功耗。在本方案中，这种通用型数字变频器其逆变部分电路，主要采 用ELPEC的FF300R12KE3集成模块，这种集成模块的内部集成了 2 个（IGBT）单元，故而比
4、较适合变频逆变驱动，其具体极限参数为 集射极电压VCES二1200V,结温80C时集射极电流ICE=300A,结温 25C时集射极电流ICE=480A,允许过流600A,时间为1ms,功率损 耗为1450W,门极驱动电压为20V。通过图2我们可以很清晰的看到，在这种通用型数字变频器的 主电路系统中，TL、RL构成了一个泵升电压吸收电路。当电机负载 进入制动状态时，反馈电流将向中间直流回路电容充电，导致直流 电压上升。当直流电压上升到一定值时，控制TL导通，将会使这部 分能量消耗在电阻RL上，以此来确保变频器可靠安全地工作。此 外，由J1常闭（触点）与R4组成断电能量释放电路。当系统发生 故障或
5、关机时，继电器J1断电，通过其常开触点，将变频器与电网 断开;而常闭触点闭合，利用R4为中间回路大电容所储存的能量提 高释放通道。基于DSP的控制电路设计在本方案的设计过程中，我们所采用的DSP技术集成芯片为 TMS320F2812,以该芯片为核心的数字控制电路如下图图3所示。从 图3中可以非常清晰的看出，这一控制电路系统主要包括：DSP及 其外围电路、信号检测与调理电路、胆动电路和保护电路。其中， 信号检测与调理电路主要完成对图2输出电流和输出电压采样、A/D 等功能，DSP产生脉冲信号，通过D/A转换后驱动功率（开关）管U1 U6。3变频器数字控制系统框图由于我们所采用的这种DSP芯片TM
6、S320LF240,其本身就已经 在内部集成了采样保持电路和模拟多路转换器的双十位A/D转换， 因此为了尽量充分利用芯片资源，在本方案中我们特别采用了片内 A/D转换进行设计。使用双减法电流采样电路，采样方案中的（运 算放大器）是TLC2274,则第一运放U8A的输出电压为：U虾（1+譬）吾U、-知火中 R1=R2, R3=Rn,则:V同样的，第二运放U8A的输出电压可以计算为：，A；、在 上述三个计算公式的基础上，我们可以得出该变频器数字控制的整 个流程：从霍尔（电流传感器）输出的Ui=2.5AV,此电压先后 施加到由TLC2274构成的两个减法电路上，第一路以Ui减去（传感 器）采样结果的
7、中值参考电压2. 5V,然后再线性放大到A/D采样所 要求的电压范围。第二路则相反，再中值参考电压Uref减去传感器 输出电压Ui,同样也线性放大到合适的电压范围。在变频器数字控 制系统的设计中，Zl、Z2为两个3.3V的稳压（二极管），对运放输 出电压起到限幅作用。当Ui值Uref时，则Uol输出为正电压， 且电压范围是0-3. 3V,而由于二极管D2的存在使得电流不能注入 到运放中，故而第二路运放不能输出负电压，而是钳位在0V。当Ui在进行这一通用型数字变频器的系统设计过程中，还有一个问 题需要我们特别注意，那就是由于电机启动时的电流非常大或因控 制回路、驱动电路等误动作，会造成输出电路短
8、路等故障，因此需 要一种能快速检测出过大电流的电路。这里我们主要采用2SD315A 自身检测和检测直流母线的双重检测以及在故障发生时，采用软、 硬件同时封锁的方法。为有效地保护功率IGBT和直流滤波电容，在 该系统中我们还设计了母线电压过欠压保护电路，故障检测原理如 图4所示。图4中，6N138为一个线性光电隔离器，输出电压信号 与母线电压成正比，当通过光电隔离器件后，可以直接供给DSP控 制系统进行采样。同时，将输出Vli (mi) t信号送至DSP,触发中 断保护。系统控制算法软件实现基于DSP技术的数字控制是本方案中的设计重点，该种数字控制系统主程序图如下图图5所示。在本方案中的算法设计中，主程序模块主要功能是完成系统的初始化，PLL (时钟)的设定：DSP工 作频率设为20MHz输入输出端口初始化。事件管理器初始化。(定 时器)1、2、3的设定、全比较PWM单元设定、死区单元设定。QEP 工作方式设定。中断管理初始化：中断除复位、NMI位，只允许PD(PI) NT、中断3。PDPINT是功率设备保护中断，中断3用于系统 完成控制算法。5数字控制系统主程序图以上就是本文所介绍的一种基于DSP技术的通用型数字控制变 频器系统设计方案，希望能够对各位工程师的日常研发和设计工作有所帮助。
