通過優(yōu)化PWM算法提高智能微控制器控制性能解析方案

隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)也在日新月異地進(jìn)步。智能微控制器的不斷完善和智能功率模塊(IPM)的更新?lián)Q代更加促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步。近十多年來，以半導(dǎo)體功率器件為基礎(chǔ)的PWM變頻及脈寬調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如何在普通環(huán)境中應(yīng)用最新的電子技術(shù)成果，通過優(yōu)化PWM算法提高控制性能，一直是技術(shù)人員的不懈追求。

本文介紹三菱公司最近推出的一種16位專用變頻調(diào)速微處理器M37906及三菱公司第四代智能功率模塊DIP-IPM的性能特點(diǎn)，并結(jié)合不對(duì)稱規(guī)則采樣PWM算法，對(duì)微處理器M37906和智能功率模塊PS21245組成的變頻器的軟硬件進(jìn)行說明。

1 M37906微處理器

1.1 M37906微處理器的功能和特點(diǎn)

M37906微處理器采用高性能硅柵CMOS工藝，具有42腳塑料表面粘貼(SSOP)和42腳塑窄腳雙列直插(SDIP)兩種封裝形式，提供FLASH芯片和掩膜ROM芯片兩種供貨方式，其基本特點(diǎn)如下：

基于指令 203條

指令執(zhí)行時(shí)間 50ns(系統(tǒng)時(shí)鐘20MHz)

存儲(chǔ)器容量

片內(nèi)ROM 32K byte

片內(nèi)RAM 1024 byte

可編程輸入/輸出口 30 (P1，P2，P5，P6，P7)

串行通行口 2路

多功能定時(shí)器

AT0～TA9 10路16位

TB0～TB2 3路16位

看門狗定時(shí)器 1路12位

中斷源 23

外部中斷(INT3、INT4、INT5、INT6、INT7)

內(nèi)部中斷(TA0～TA9)(TB0～TB2)

(UART0、UART1、A/D)

中斷優(yōu)先級(jí) 7

A/D轉(zhuǎn)換 5路10位

D/A轉(zhuǎn)換 2路8位

供電電源 5V±0.5V

工作環(huán)境 -20℃±85℃

功耗 255mW(20MHz)

1.2 M37906單片微處理器[2]

M37906 單片微處理器是M7900系列16位單片機(jī)中專為三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的微處理芯片，特別適合于三相直流無刷電機(jī)的控制，結(jié)構(gòu)封裝如圖1所示。其所有的 I/O口除了具有雙向輸入/輸出功能外還具有其它復(fù)合功能。其中DA0和DA1為D/A轉(zhuǎn)換口，可用于系統(tǒng)模擬量的輸出;AN0～AN4是A/D轉(zhuǎn)換接口，可用于模擬量的采集;WN、VN、UN和W、V、U是產(chǎn)生三相PWM控制信號(hào)的接口，可用于對(duì)三相電機(jī)的驅(qū)動(dòng);IDU、IDV、IDW為三相位置檢測口，用于三相無刷電機(jī)控制中對(duì)轉(zhuǎn)子位置的實(shí)時(shí)檢測;其余的定時(shí)器輸入、定時(shí)器輸出、串行通信接口等與普通單片機(jī)基本相同。下面著重介紹M37906處理器中三相PWM波形的生成和與此相關(guān)的定時(shí)器的工作方式。

M37906處理器內(nèi)部具有TA0～TA9和TB0～TB2共十三個(gè)16位的多功能定時(shí)器。定時(shí)器之間相互獨(dú)立，每個(gè)定時(shí)器都可以選擇其獨(dú)立的工作方式。定時(shí)器TA0～TA9有四種工作方式：

定時(shí)工作方式：定時(shí)器對(duì)內(nèi)部計(jì)數(shù)源計(jì)數(shù)。有普通、帶門控功能、帶脈沖輸出三種方式。

事件計(jì)數(shù)方式：定時(shí)器對(duì)一個(gè)外部脈沖計(jì)數(shù)，可對(duì)單相或兩相外部信號(hào)計(jì)數(shù)。

單次脈沖方式：定時(shí)器輸出一個(gè)給定寬度的脈沖信號(hào)，該方式只觸發(fā)一個(gè)，解發(fā)后停止記數(shù)。

脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式：定時(shí)器輸出給定寬度的連續(xù)脈沖。

定時(shí)器TB0～TB2有三種工作方式：

定時(shí)工作方式：定時(shí)器對(duì)內(nèi)部計(jì)數(shù)源計(jì)數(shù)。工作情況與定時(shí)器TA相同。

事件計(jì)數(shù)方式：定時(shí)器對(duì)一個(gè)外部脈沖計(jì)數(shù)，只能對(duì)單相外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。

脈沖周期/脈沖寬度測量方式：定時(shí)器測量外部脈沖的周期或?qū)挾取?/p>