基于數(shù)字信號控制器的智能家電解決方案
多種系統(tǒng)功能
先進(jìn)的新型DSP控制器能讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員選擇效率更高的電動馬達(dá),例如無刷直流馬達(dá)(BLDC)或永磁同步馬達(dá)(PMSM)等驅(qū)動裝置。這些馬達(dá)提供多項(xiàng)勝過有刷馬達(dá)和交流感應(yīng)馬達(dá)的優(yōu)勢。無刷直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較輕,所以效率更高、操作更安靜、加速也更快。一款專為省電和省水洗衣機(jī)設(shè)計(jì)的無刷直流馬達(dá)控制電路如圖1所示。這個控制電路以一顆DSP控制器為核心,不僅能控制主要驅(qū)動馬達(dá)的操作,還有充裕的效能管理,可輔助水泵和螺線管等組件,以便提供水量和洗衣精劑量控制等其它功能。該控制器還能執(zhí)行有源功率因數(shù)校 正,讓家電產(chǎn)品從交流輸入電源汲取更多電力。
控制器的主要工作是產(chǎn)生多種高頻、高分辨率的脈寬調(diào)制(PWM)信號,另外,它還必須具備充分的運(yùn)算能力來執(zhí)行先進(jìn)算法,以便將轉(zhuǎn)矩紋波減至最小、進(jìn)行線上參數(shù)調(diào)整并提供精確的轉(zhuǎn)速控制。除此之外,還必須縮小設(shè)計(jì)體積并減少組件數(shù)量,使它更容易生產(chǎn)制造。
DSP控制器內(nèi)置多種功能以便執(zhí)行前述所有工作,包括1個40MIPS的16位定點(diǎn)DSP內(nèi)核、16個以上的PWM通道、4個通用定時器、1個含有16個多路復(fù)用輸入通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、編碼器接口、串行通信接口、SPI連接端口以及1個看門狗定時器。該器件的PWM輸出數(shù)目足以控制1個三相電壓源逆變器,而前端升壓轉(zhuǎn)換器則能實(shí)現(xiàn)有源功率因數(shù)校正電路。剩下的PWM通道可用于其它功能,例如熱水器伺服系統(tǒng)和輔助馬達(dá)驅(qū)動裝置。片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器則可用來測量各種系統(tǒng)輸入,如馬達(dá)相位電流和功率因數(shù)校正電路的直流總線電壓等。由于該器件提供多達(dá)16個通道,其它輸入可用來測量水溫和水位等操作條件。
馬達(dá)驅(qū)動算法和其它軟件模塊
馬達(dá)驅(qū)動裝置共有三大軟件模塊:變速操作所需的閉環(huán)空間向量脈寬調(diào)制(SVPWM)模塊、前端輸入功率因數(shù)校正,以及一個主要做為控制器與用戶控制面板之間界面的通信模塊。本文著重介紹了SVPWM模塊。空間向量PWM技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),從而勝過正弦波PWM等較簡單、效率較差的方法。在特定的直流鏈路電壓輸出下,SVPWM的三相馬達(dá)功率輸出比正弦波PWM饋電馬達(dá)的高出16%。圖2是SVPWM算法的結(jié)構(gòu)圖。
首先是產(chǎn)生參考電壓向量??刂破鲿谥苯诱?d-q)平面上以特定的速度和振幅旋轉(zhuǎn)參考電壓向量,參考頻率ωsp由用戶提供,角頻率ωe則由頻率產(chǎn)生算法控制。角度積分器的8個高位作為指針,指向一個256字符的正弦波值查詢表。只要將一個固定值(步階幅度)加到此寄存器,指針就會以固定速率在表格上循環(huán)移動,并在移到表格尾端時折回表格的最前端繼續(xù)移動。它還需要sine(α)的值,以便將參考電壓向量分解成參考電壓向量所在扇形區(qū)(sector)的基本空間向量。由于6個扇形區(qū)都采用同樣的分解程序,系統(tǒng)只需一份60
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