4 硬件电路设计
4.1 主结构框图
系统电路部分主要包括DSP芯片TMS320F2812、RS232与CAN总线的通讯部分,外扩展的SRAM芯片,驱动电机的DIP-IPM模块,电流检测电路和位置传感器检查电路。人机界面包括按键和液晶显示,电源部分分为DSP与DIP-IPM模块的电源、电机的驱动功率电源。
如图3所示,为三相电机调速通用电路总框图,采用TMS320F2812芯片后,可以最大限度的利用其自身自带的硬件资源,如:AD、PWM、EVA和EVB,为电路设计提供了很多便利。电压和电流信号可以采用AD采样的方式,位置、转速可以采用编码器中断方式实现。
4.2 电流检查
接下来阐述该系统的电流检查电路,如图4所示,为电流检测的原理图。
做到比较精确的死区时间的补偿,对电流方向的正确判别是相当关键的。一般方法是采用快速电流互感器检测输出相电流的过零点来实现,由于电流波形中噪声成分大,再加上负载的波动及外界干扰很难正确判别相电流的过零点,采用电流检查后可以实现闭环控制,需要检测三相电动机定子电流。实际的电路中可以检测其中两相,另一相可计算得到。在软件中还可以对硬件电路的一些缺陷进行适当的补偿,提高了控制器的可靠性。
可以根据电路特点选取不同类型的霍尔电流传感器,比如CHB-50P型,最大检测电流可以达到为100A,响应时间小于1μs。根据测试需要选择原级/次级匝比,例如原级/次级匝比为1:500时,原级额定电流为5A,次级额定输出电流为10mA。外接测量电阻选择RA=200Ω。CHB-50P测量电阻得到的两相电流信号从TMS320F2812的AD管脚送入片内A/D,转换为电流信号的数字量。对于TMS320F2812,A/D转换的模拟输入电压量程为0V~3.3V,但测量电阻两端电压额定范围是-2V~2V,因此必须对模拟输入电压进行电平转换,使其调整到0~3V范围内。
4.3 电压检查:
如图5所示,为直流电压检测电路,在系统的工作过程中需要实时检查DIP-IPM模块的P端和N端的电压,根据这个电压可以适当的对算法进行修正。其中U1为隔离霍尔电压传感器,电路中采用的是磁平衡式霍尔电压传感器HFV25-P。它采用+15V和-15V双电源供电,传感器的前端负载电阻为RA,后端负载电阻为RB,匝数比为3000:1200,如果P和N之间的电压在500V内,RA电阻设定为500K,则前端的电流为1mA。由于匝数比的差异,后端电流为0.4mA,最后输入到DSP的信号在2V左右,为了满足输入到DSP的电压要在O-3.3V范围内,则RB电阻可以选取5K左右。
结论:
TMS320F2812和IPM模块都是随着电子技术发展的新型元件,结合TMS320F2812的高速处理能力,以及IPM模块在电力电子产品上的新突破,提供了完整的电流和电压检查电路,为三相电机变频调速提供了方便。