1、,數(shù)字信號(hào)控制（DSC）技術(shù)基礎(chǔ),物理與機(jī)電學(xué)院自動(dòng)化系 寧 宇,1 DSP控制系統(tǒng) 1.1 2810最小系統(tǒng) 1.2 2812加外擴(kuò)RAM基本系統(tǒng) 1.3 外部接口擴(kuò)展模塊XINTF 2 電機(jī)數(shù)字信號(hào)控制實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái) 2.0 電機(jī)控制平臺(tái)功能與結(jié)構(gòu) 2.1 功率驅(qū)動(dòng)電路原理 2.1.1整流電路 2.1.2IPM逆變器電路 2.1.3光電耦合驅(qū)動(dòng)電路 2.2電流及電壓檢測(cè)及處理電路 2.3位置與轉(zhuǎn)速信息輸入及處理電路 2.4故障綜合及保護(hù)電路 2.5串行通信監(jiān)控電路 2.6與單片機(jī)通信的SPI電路 2.7 雙口RAM及DMA電路 本章小結(jié),第五章 通用電機(jī)數(shù)字控制平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì),從單片機(jī)中我們

2、有一個(gè)最小系統(tǒng)的概念。DSP也可有最小系統(tǒng)。TMS320F2810最小系統(tǒng)如圖所示。C28xDSP的最小系統(tǒng)的電路主要由F2810、30M有源晶振、電源芯片TPS767D318組成，外加復(fù)位電路及14腳的JTAG仿真口以方便燒寫程序。圖中x符號(hào)表示空腳。由于F2810內(nèi)含F(xiàn)lash，因此不用外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。該最小系統(tǒng)不管是在仿真模式下還是在實(shí)時(shí)運(yùn)行模式下都可正常使用。,TMS320F2810 最小系統(tǒng),TPS767D318為5V輸入，可產(chǎn)生3.3V和1.8V 的輸出電壓供DSP使用。同時(shí)該芯片產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)也可給DSP使用。,TMS320F2810 最小系統(tǒng),2810無(wú)外部接口XINTF，也無(wú)

3、外部總線。,該電路在程序長(zhǎng)度小于16K字時(shí)用起來(lái)很方便，因?yàn)榉抡鏁r(shí)可將程序?qū)氲紿0 SARAM和L0 SARAM、L1 SARAM中運(yùn)行，仿真完成后再通過(guò)修改.cmd文件等方法將程序燒進(jìn)Flash中運(yùn)行。但如果程序長(zhǎng)度大于16K字則片內(nèi)SARAM的空間用于仿真就不夠用了。,X1/XCLKIN,振蕩器輸入。注意該腳由數(shù)字電源VDD供電,為1.8V(或1.9V),而不是3.3V的I/O電源.可以用一個(gè)二極管鉗位或采用1.8V振蕩器，確保輸入電壓不超過(guò)1.8V(或1.9V)。,X2,振蕩器輸出。也可和X1/XCLKIN一起外接外部無(wú)源晶振，組成振蕩電路。,XRS,復(fù)位腳(輸入)和看門狗復(fù)位(輸出)

4、。XRS可引起DSP運(yùn)行的結(jié)束，PC指針將指向保存在0 x3FFFC0 中的地址。當(dāng)XRS為1后，開(kāi)始運(yùn)行PC指向地址中所包含的代碼?？撮T狗復(fù)位時(shí)該腳變低。該腳為漏極開(kāi)路，內(nèi)部上拉。外部也應(yīng)接漏極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)器。,F2812外擴(kuò)RAM系統(tǒng),F2812可以通過(guò)XINTF外擴(kuò)CY7C1041CV33(256K16位靜態(tài)RAM，最大讀寫時(shí)間為8ns)存儲(chǔ)器。如圖1.10為2812外擴(kuò)兩片CY7C1041CV33時(shí)的電路示意圖，電路其他部分略。這樣整個(gè)系統(tǒng)就有了0.5M的外部RAM。,在外擴(kuò)了RAM后，仿真時(shí)程序可以導(dǎo)入外擴(kuò)RAM中進(jìn)行仿真，程序長(zhǎng)度不受限制，這樣程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試就非常方便。在調(diào)試完后可通

5、過(guò)修改.cmd文件等方法將程序燒進(jìn)Flash運(yùn)行，同時(shí)外擴(kuò)RAM可以開(kāi)放給其它任務(wù)。但在使用中發(fā)現(xiàn)，外擴(kuò)RAM運(yùn)行不是很穩(wěn)定，容易引進(jìn)干擾。 因此在設(shè)計(jì)一個(gè)程序較為復(fù)雜的DSP系統(tǒng)時(shí)，可以先采用2812外擴(kuò)RAM的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)調(diào)試完畢后再重新設(shè)計(jì)一個(gè)2810的系統(tǒng)，使程序在內(nèi)部Flash中運(yùn)行，這樣既提高了開(kāi)發(fā)速度，又防止了外部總線的干擾。,F2812外擴(kuò)RAM硬件電路,TMS320F2812 基本系統(tǒng),WE=XWE,CE=XZCS2*XA18,OE=XRD,CE=XZCS67*XA18,外部接口模塊XINTF,TMS320F2812通常能夠?qū)崿F(xiàn)與常用外圍芯片的時(shí)序匹配，如RAM，D/

6、A等。但是，當(dāng)遇到讀、寫周期十分緩慢的輸入輸出設(shè)備，如液晶顯示模塊、打印機(jī)、鍵盤時(shí)，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部硬件等待電路。F2812的外部接口XINTF是一種非多路選通的異步總線。,F2812中，對(duì)外部器件的讀、寫訪問(wèn)都是通過(guò)外部接口模塊XINTF來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它類似于C240X的外部接口，但做了改進(jìn)： (1) 原來(lái)的TMS32OLF240X系列，程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和I/O空間都映射在相同的地址(O000FFFF)，對(duì)它們的訪問(wèn)是通過(guò)不同的指令來(lái)區(qū)分的；而在TMS320F2812中，外部接口模塊分成了5個(gè)固定的存儲(chǔ)映像區(qū)域：XZCSO、XZCS1、XZCS2、XZCS6、XZCS7，可尋址1M

7、B的片外存儲(chǔ)器空間，具有了獨(dú)立的地址。,(2) TMS320F2812的每個(gè)XINTF區(qū)都有一個(gè)片選信號(hào)。其中，有些區(qū)域的片選信號(hào)在內(nèi)部是“與”在一起的，組成了一個(gè)共享的芯片選擇，比如XZCS0和XZCS1共享一個(gè)片選信號(hào)XZCS0 AND1，XZCS6和XZCS7共享一個(gè)片選信號(hào)XZCS6AND7。在這種方式下，同一個(gè)外部器件可被連到兩個(gè)區(qū)或者我們可以用外部譯碼邏輯來(lái)區(qū)分這兩個(gè)區(qū)。 (3) 5個(gè)固定存儲(chǔ)映像區(qū)域的每一個(gè)區(qū)還可以分別對(duì)等待狀態(tài)數(shù)、讀寫選通信號(hào)的建立時(shí)間、激活時(shí)間和保持時(shí)間進(jìn)行編程。 可編程的等待狀態(tài)、芯片選擇和可編程的選通時(shí)間使得該接口與外部存儲(chǔ)器及外設(shè)脫離了聯(lián)系，可以靈活、獨(dú)

8、立地進(jìn)行外部擴(kuò)展。這里，對(duì)外部器件進(jìn)行讀、寫訪問(wèn)的基時(shí)鐘是XINTF內(nèi)部時(shí)鐘XTIMCLK。通過(guò)寫XINTFCNF2寄存器的XTIMCLK位，可以將該時(shí)鐘配置成與SYSCLKOUT相等和等于SYSCLKOUT的1/2。,/ 文件： DSP281x_Xintf.h / 標(biāo)題：DSP281x 設(shè)備外部接口寄存器定義,XINTF寄存器,XINTF 信號(hào)（僅2812）,19位XINTF地址總線 XA180,16位XINTF數(shù)據(jù)總線 XD150,微處理器/微計(jì)算機(jī)模式選擇。為高時(shí)選外部接口的Zone7，為低時(shí)選片內(nèi)BOOT-ROM。復(fù)位時(shí)該信號(hào)在XINTFCNF2寄存器內(nèi)鎖存，用戶可軟件修改該位。復(fù)位后

9、該引腳的狀態(tài)被忽略。,XHOLD,XMP/MC,外部保持請(qǐng)求。為低時(shí)請(qǐng)求XINTF釋放外部總線，外部總線保持高阻抗。在當(dāng)前操作完成后總線被釋放，XINTF不再有其他操作。,XHOLDA,外部保持應(yīng)答。XINTF確認(rèn)一個(gè)XHOLD請(qǐng)求時(shí)為低，所有XINTF總線和選通信號(hào)為高阻。XHOLD信號(hào)釋放時(shí)XHOLDA 釋放。外部設(shè)備只有在XHOLDA有效(低)時(shí)才能驅(qū)動(dòng)外部總線。,XZCS0AND1,XINTF的Zone0和Zone1選擇，為低時(shí)表示正在讀寫XINTF的Zone0和Zone1區(qū)。,XZCS2,XINTF的Zone2選擇。為低時(shí)表示正在讀寫XINTF的Zone1區(qū)。,XZCS6AND7,X

10、INTF的Zone6和Zone7選擇，為低時(shí)表示正在讀寫XINTF的Zone6和Zone7區(qū)。,XWE,寫使能。低有效，表明一個(gè)寫選通過(guò)程。過(guò)程由起始、有效和收尾周期組成，定義在XTIMINGx寄存器中。,XRD,讀使能。低有效，表明一個(gè)讀選通過(guò)程。過(guò)程由起始、有效和收尾周期組成，定義在XTIMINGx寄存器中。XRD和XWE信號(hào)互異。,XR/W,讀非寫選通，通常為1。為低時(shí)表示寫正在進(jìn)行；為高時(shí)表示讀正在進(jìn)行。,XREADY,準(zhǔn)備好信號(hào)，插入1時(shí)表示外圍已經(jīng)準(zhǔn)備好完成一個(gè)讀寫過(guò)程。XREADY可以配置成同步或異步輸入。,XCLKOUT,時(shí)鐘輸出。來(lái)自SYSCLKOUT，用于外部等待狀態(tài)的產(chǎn)生

11、或作為通用時(shí)鐘源。復(fù)位后XCLKOUT=SYSCLKOUT/4。通過(guò)將XINTCNF2寄存器中的位3(CLKOFF)置1，XCLKOUT可被關(guān)掉，以節(jié)省功耗。,/ 文件： DSP281x_Xintf.h / 標(biāo)題：DSP281x 設(shè)備外部接口寄存器定義,XINTF 控制寄存器,XINTF由5個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器映射的區(qū)間構(gòu)成，選擇Zone0 還是Zone1區(qū)由XZCS0AND1管腳決定，選擇Zone6 還是Zone7區(qū)由XZCS6AND7管腳決定，選擇Zone2區(qū)由XZCS2管腳決定。,每個(gè)區(qū)有各自獨(dú)立的等待狀態(tài)、選通信號(hào)建立和保持時(shí)間。對(duì)于讀和寫過(guò)程，等待狀態(tài)、建立和保持時(shí)間可以分別設(shè)置。另外，各

12、區(qū)可由外部XREADY信號(hào)擴(kuò)展等待狀態(tài)?？删幊痰牡却隣顟B(tài)、芯片選擇、可編程的選通時(shí)間可使2812和外部存儲(chǔ)器之間無(wú)縫連接。 可通過(guò)XTIMINGx寄存器來(lái)配置建立/保持和等待時(shí)間。時(shí)基由內(nèi)部時(shí)鐘XTIMCLK決定。XTIMCLK可設(shè)成和SYSCLKOUT一樣，也可設(shè)成SYSCLKOUT的一半，見(jiàn)圖1.12。圖中陰影表示復(fù)位后的缺省值。,因?yàn)閄INTF配置參數(shù)的改變可以引起處理時(shí)間的變化，所以用于配置參數(shù)的代碼不能放在XINTF中執(zhí)行。 XINTF模塊中有兩個(gè)時(shí)鐘XTIMCLK和XCLKOUT，所有的XINTF總線周期都從XCLKOUT的上升沿開(kāi)始，所有的定時(shí)和事件都是從XTIMCLK的上升沿開(kāi)

13、始。 一個(gè)XINTF的區(qū)是一個(gè)存儲(chǔ)器映射的地址區(qū)域，可直接訪問(wèn)外部接口。對(duì)XINTF的讀、寫操作可以分為下面的三部分：起始、活躍、收尾。每部分的等待周期可以在相應(yīng)區(qū)的XTIMING寄存器中配置。讀和寫過(guò)程的定時(shí)可以分開(kāi)配置。另外，為了和外部慢速設(shè)備匹配，XTIMING寄存器中的X2TIMING位可以使起始、活躍、收尾等部分的等待周期加倍。,a. 起始部分 在起始階段，每區(qū)的芯片選擇信號(hào)變低，地址總線有效。XTIMING中可配置整個(gè)起始周期。缺省值是最大值6，即讀和寫的起始周期都為6個(gè)XTIMCLK周期。 b. 活躍部分 如果是讀，則讀選通XRD信號(hào)變低，數(shù)據(jù)鎖存進(jìn)DSP。如果是寫，寫使能XWE

14、信號(hào)變低，數(shù)據(jù)被放在數(shù)據(jù)總線上。如果要采樣X(jué)READY信號(hào)，外部設(shè)備可以控制XREADY信號(hào)從而擴(kuò)展活躍周期，使其大于編程的等待狀態(tài)。 如果不采樣X(jué)READY信號(hào)，全部的活躍周期是一個(gè)XTIMCLK時(shí)鐘周期加在XTIMING寄存器中指定的等待狀態(tài)數(shù)?；钴S周期的等待狀態(tài)數(shù)的缺省值是14個(gè)XTIMING周期。 c. 收尾部分 在讀或?qū)懶盘?hào)由低回到高后但芯片選擇仍保持低時(shí)，收尾周期決定該狀態(tài)的保持時(shí)間。在XTIMCLK中的缺省值是最大值6。起始、活躍、收尾周期的值要根據(jù)外部設(shè)備的情況配置，以使系統(tǒng)性能最佳。,除了用XTIMING定時(shí)外，2812可利用XREADY采樣信號(hào)擴(kuò)展存取時(shí)間。XINTF中所有

15、區(qū)共用同一個(gè)XREADY輸入信號(hào)，但是不同區(qū)可以單獨(dú)配置成采樣或不采樣X(jué)READY。另外采樣也可指定為同步或異步方式。 當(dāng)程序從一個(gè)區(qū)跳到另一個(gè)區(qū)時(shí)，慢速設(shè)備要花更多的周期來(lái)釋放總線。BANK操作可以使用戶指定一個(gè)特殊的區(qū)，在程序進(jìn)入、跳出該區(qū)時(shí)外加額外的周期，從而適應(yīng)不同外設(shè)的要求?？稍赬BANK寄存器中配置該周期數(shù)。,復(fù)位后，XINTFCNF2寄存器就將MCXMP/管腳的電平高低狀態(tài)采樣進(jìn)來(lái)。該狀態(tài)決定BOOT ROM和XINTF的Zone7哪個(gè)被采用。如果復(fù)位時(shí)MCXMP/1，Zone7使能，復(fù)位矢量從Zone7的外部存儲(chǔ)器中讀取，你必須保證復(fù)位矢量指向合法的存儲(chǔ)器地址以便代碼能正確執(zhí)行

16、。如果復(fù)位時(shí)MCXMP/0，BOOT ROM使能，而ZONE7屏蔽，復(fù)位矢量從內(nèi)部的BOOT ROM中取指令。 復(fù)位后，通過(guò)修改XINTFCNF2寄存器中的MP/MC模式位，令該位為1，可使系統(tǒng)能從BOOT ROM中啟動(dòng)后訪問(wèn)Zone7區(qū)。,配置XINTF寄存器 XINTF信號(hào)定時(shí)可以被調(diào)整以便匹配特殊的外設(shè)要求，比如讀和寫訪問(wèn)的設(shè)置和保持時(shí)間。每個(gè)XINTF的區(qū)都可以單獨(dú)配置。每個(gè)區(qū)可選擇忽略XREADY或采樣。這可以使XINTF的效率最大化。下表顯示了可在XTIMING寄存器中配置的參數(shù)和XTIMCLK周期時(shí)間tc之間的關(guān)系。,其中tc是指XTIMCLK一個(gè)周期的時(shí)間，WS指用XREADY

17、時(shí)硬件自動(dòng)插入的等待狀態(tài)數(shù)。如果區(qū)被配置成忽略XREADY，WS0。在每個(gè)區(qū)的XTIMING寄存器中必須要寫入最小的等待狀態(tài)。這些等待狀態(tài)的要求是在的外設(shè)定時(shí)要求之外額外要求的。如果有非法設(shè)置，內(nèi)部將無(wú)法檢測(cè)到錯(cuò)誤。,對(duì)任何一個(gè)映射在XINTF區(qū)的外部器件進(jìn)行讀、寫訪問(wèn)都可劃分為三個(gè)階段：建立階段、激活階段和跟蹤階段。我們可以通過(guò)相應(yīng)的XTIMING0/1/2/6/7寄存器來(lái)設(shè)置這三個(gè)階段的周期，使之滿足系統(tǒng)的需要。,由圖可知，在建立階段，相應(yīng)XINTF區(qū)的片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，地址有效。默認(rèn)情況下該階段的周期為最大值：6個(gè)XTIMCLK周期；在激活階段，對(duì)外部器件進(jìn)行訪問(wèn)：在讀訪問(wèn)時(shí)，讀選通信

18、號(hào)(XRD)變低并將數(shù)據(jù)鎖入DSP；在寫訪問(wèn)時(shí)，寫使能信號(hào)(XWE)變低并將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)總線上。默認(rèn)情況下該階段的周期為最大值：14個(gè)XTIMCU；在跟蹤階段，讀或?qū)戇x通信號(hào)變回為高電平，但其地址仍保持有效。默認(rèn)情況下該階段的周期為最大值：6個(gè)XTIMCLK周期。 由此可得，TMS320F2812的讀、寫周期(激活階段)的最大值為l4個(gè)XTIMCLK周期，如果將XTIMCLK的頻率設(shè)置為SYSCLKOUT的12，則讀、寫周期的最大值為180ns；并且，其讀、寫操作數(shù)據(jù)的保持時(shí)間最大可以達(dá)到6個(gè)XIIMMCLK周期 80ns。因此，F(xiàn)2812能夠?qū)崿F(xiàn)與常用外圍芯片的時(shí)序匹配，如RAM，D/A等

19、。但是，當(dāng)遇到讀、寫周期十分緩慢的輸入，輸出設(shè)備，如液晶顯示模塊、打印機(jī)、鍵盤時(shí)，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部硬件等待電路。,以深圳市拓普微公司的LM19264A漢字圖形液晶顯示模塊為例，該液晶模塊的使能信號(hào)E的周期最小為1500ns，使能信號(hào)脈沖寬度、最小為700ns。在E為高電平時(shí)，該液晶模塊處于讀、寫周期。 如果采用直接控制方式，即CPU采用總線方式控制液晶模塊，DSP的讀、寫周期最大值為180ns，而液晶模塊的讀、寫周期，即E的高電平信號(hào)，最小為700ns。DSP的讀、寫時(shí)序不能滿足該液晶模塊的要求。 如果采用間接的控制方式，即CPU采用并口方式控制液晶模塊，可以實(shí)現(xiàn)二者的時(shí)序匹配，但會(huì)降低接

20、口效率。顯然，最好的方法就是設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部硬件等待電路來(lái)擴(kuò)展DSP的讀、寫周期。,F2812通過(guò)采樣X(jué)READY信號(hào)，可以擴(kuò)展讀、寫訪問(wèn)的激活階段。因此，可以利用F2812的XREADY信號(hào)和相關(guān)的外部讀、寫控制信號(hào)，通過(guò)硬件擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)與外部緩慢設(shè)備進(jìn)行直接的連接訪問(wèn)。,利用XREADY信號(hào)擴(kuò)展硬件等待電路,該模塊共有13條信號(hào)線，RS是寄存器選擇，低電平選擇指令寄存器，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器。 R/W是讀寫控制端，低電平寫顯示模塊，高電平讀顯示模塊。CSA、CSB為驅(qū)動(dòng)器片選信號(hào)線，可以選擇相應(yīng)的顯示區(qū)域。E為允許輸人信號(hào)線(數(shù)據(jù)讀、寫操作允許信號(hào))，高電平有效。DBO-DB7為數(shù)據(jù)線。功能框

21、圖如圖所示。,在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中還需注意，由于該液晶顯示模塊是5V設(shè)備，所以在連接控制線、數(shù)據(jù)線時(shí)需要加電平隔離和轉(zhuǎn)換設(shè)備，可以使用74LS245芯片。,外部硬件等待電路,采用了SGS-THOMSON公司的12級(jí)的二進(jìn)制分頻計(jì)數(shù)器M74HC4040。在Vcc=5v的情況下，該芯片的最高工作頻率可以達(dá)到73MHz，滿足系統(tǒng)要求。這里，它的輸入時(shí)鐘為TMS320F2812的輸出信號(hào)XCLKOUT。對(duì)XINTF模塊來(lái)說(shuō)，所有讀、寫訪問(wèn)都是從XCLKOUT的上升沿開(kāi)始的。XCLKOUT默認(rèn)情況下為SYSCLKOUT的1/4(2667ns)，所以我們可以設(shè)置的最大的等待時(shí)間為2122667ns。,擴(kuò)展了2

22、5個(gè)XCLKOUT周期。等待狀態(tài)為853ns，滿足了液晶模塊的時(shí)序要求。且當(dāng)F2812訪問(wèn)XINTF模塊的其它區(qū)域時(shí)，XREADY始終為高電平，不影響其它器件的訪問(wèn)速度。,電機(jī)控制數(shù)字開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),電機(jī)控制通用實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái),主電路主要由整流、中間濾波和逆變等部分組成。主電路采用典型的交一直一交電壓源 型通用變頻器結(jié)構(gòu)，輸入功率級(jí)采用二相橋式不可控整流電路，整流輸出經(jīng)中間環(huán)節(jié)大電容濾波，獲得平滑的直流電壓。逆變部分通過(guò)功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出交變的脈沖電壓序列。,交流220V通過(guò)全波整流可以得到所需的直流電源。工頻交流電經(jīng)型濾波器濾除電網(wǎng)中的諧波以及干擾噪聲后，由全波整流后得到直流電，送入三相

23、逆變電路，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。,整流濾波電路,電源濾波器 由于公共電網(wǎng)中存在諸多的干擾，如雷擊所產(chǎn)生的過(guò)電壓、負(fù)荷的變動(dòng)、電焊機(jī)的電火花放電和繼電器動(dòng)作所產(chǎn)生的干擾等，去除這些干擾行之有效的辦法是在整流電路前端加入濾波器，以防止電磁干擾影響系統(tǒng)的正常工作。 通常，電網(wǎng)中的瞬時(shí)過(guò)電壓可以在相線與零線之間并接一壓敏電阻，當(dāng)電壓在極短的時(shí)間內(nèi)上升到一個(gè)很高的電壓閥值時(shí)，壓敏電阻的阻值會(huì)變得很小，從而旁路可能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的瞬時(shí)過(guò)電壓。 一般的電源濾波主要考慮兩種干擾，即共模干擾和差模干擾。共模干擾是指公共電源線的相線、零線及安全地線均感應(yīng)等幅值、同相位的干擾。這種干擾主要來(lái)源于架空輸電線在傳輸中受到周圍

24、空間電磁環(huán)境的輻射。差模干擾是指公共電源線的相線與零線所感應(yīng)的幅度大體相等、但相位相差1800電角度的干擾。這種干擾主要來(lái)源于公共電源線上連接的其他設(shè)備，如當(dāng)某一設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)，引入的通常為差模干擾。,共模干擾和差模干擾常同時(shí)存在，濾波電路的設(shè)計(jì)需要統(tǒng)一考慮各種干擾。如圖所示，T2為共模扼流圈。T2的兩個(gè)線圈繞向一致，當(dāng)電源電流流過(guò)T2時(shí)，兩個(gè)線圈中的電流方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以互相抵消，相當(dāng)于沒(méi)有電感效應(yīng)。T2對(duì)共模干擾來(lái)說(shuō)，相當(dāng)十一個(gè)電感量很大的電感，它能有效地抑制共模干擾。為了提高對(duì)干擾的抑制能力，扼流圈使用高磁導(dǎo)率的磁芯，這樣可提高消除共模干擾的效果。另外，負(fù)載輸入端兩個(gè)分別對(duì)地并

25、接的電容對(duì)共模干擾起旁路作用。 共模扼流圈兩端并聯(lián)的電容C，能對(duì)差模干擾起抑制作用，R4為C40 的放電電阻。只要選取的電感和電容值合適，該電路可以有效地濾除共模干擾和差模干擾信號(hào)。,變頻器高頻開(kāi)關(guān)電源,小型變頻器的輔助電源是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，必須提供穩(wěn)定，可靠，純凈，足夠的電能給系統(tǒng)工作。變頻器需+15V,+12V和兩路+5V及3.3V電源,分別向IPM 驅(qū)動(dòng)電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、繼電器電路和光耦隔離電路以及DSP2812供電?？刂齐娫吹男阅苤苯記Q定著系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。 開(kāi)關(guān)電源因具有體積小、效率高、輸入電壓范圍寬、性價(jià)比高和開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。由于去除了工頻變壓器，開(kāi)關(guān)電

26、源的體積可以大大縮小，效率可達(dá)70%95 %。 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)主要是高頻變壓器的設(shè)計(jì)或選用。利用軟件VIPer2.24可快速創(chuàng)建開(kāi)關(guān)電源的原型，便于在制作樣機(jī)前解決可能遇到的技術(shù)問(wèn)題，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。如圖所示，即為所設(shè)計(jì)的二次調(diào)節(jié)和RCD鉗位的路開(kāi)關(guān)電源原理圖。圖顯示了設(shè)計(jì)電路的波形。,輸入整流濾波電路 整流濾波電路包括輸入交流濾波、整流、電容穩(wěn)壓二部分。交流濾波使用如型濾波電路。在供電電壓為220 VAC(士15%)時(shí)，開(kāi)關(guān)電源電容C,的電容值可根據(jù)輸出功率選取，每瓦特對(duì)應(yīng)1U所選擇電容的耐壓值可由下式計(jì)算得到:,輸出整流濾波電路 輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。輸出整流二極管的開(kāi)

27、關(guān)損耗占系統(tǒng)損耗的1/61/5，是影響開(kāi)關(guān)電源效率的主要因素，它主要包括:正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗。由于肖特基二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降較低，反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢(shì)，選用肖特基二極管作為整流二極管。參照最大反向峰值電壓選取肖特基二極管，副方各繞組的最大反向峰值電壓由下式獲得,反饋電路 輸出電壓的精度要求決定采用何種反饋回路形式，采用“光耦+ TL431”的方案，可將輸出電壓的波動(dòng)控制在士1%的范圍。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)(R20 , R21）引入TL431的比較控制端，轉(zhuǎn)化為電流反饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦隔離后輸入到VIP22A管的控制端。實(shí)際上構(gòu)成

28、了一個(gè)電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。,變頻器保護(hù)電路 保護(hù)電路包括過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路二部分。,電機(jī)控制系統(tǒng)需要電流的閉環(huán)控制或過(guò)電流保護(hù)，必須使用電流傳感器來(lái)檢測(cè)電流。常用的電流傳感器有霍爾電流傳感器、電阻傳感器和光學(xué)電流傳感器等三種?？紤]到傳感器的成本、體積和電氣隔離性能等因素，霍爾型電流傳感器是該場(chǎng)合使用最多的一種。 要進(jìn)行三相電流閉環(huán)控制，在低成本方案中通常使用兩個(gè)電流傳感器檢測(cè)電流。過(guò)去常用的高精度閉環(huán)補(bǔ)償式霍爾電流傳感器價(jià)格較高，若使用傳統(tǒng)的直接測(cè)量式霍爾電流傳感器，則達(dá)不到預(yù)期的性能。因此就有學(xué)者提出取消電流傳感器，然后通過(guò)估算電流大小進(jìn)行電流閉環(huán)控制。估算電流的方法自然給

29、控制器的運(yùn)算單元帶來(lái)負(fù)擔(dān)，同時(shí)該方法對(duì)電機(jī)參數(shù)比較敏感，對(duì)于一般設(shè)計(jì)者很難達(dá)到預(yù)期的檢測(cè)精度，也就達(dá)不到對(duì)電流進(jìn)行有效控制的目的。,電流檢測(cè),Allegro公司結(jié)合其半導(dǎo)體設(shè)計(jì)加工技術(shù)和磁參數(shù)霍爾傳感技術(shù)而開(kāi)發(fā)的ACS706系列電流傳感器，與高精度的閉環(huán)補(bǔ)償式霍爾電流傳感器相比，既保留了較高的精度，又降低了成本、縮小了體積。在低成本高性能的小功率伺服驅(qū)動(dòng)器中，該系列傳感器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 ACS706系列電流傳感器是一種基于霍爾效應(yīng)的雙向線性電流傳感器，可測(cè)的電流有5A，15A，20A等規(guī)格。傳導(dǎo)被測(cè)電流的導(dǎo)體部分與測(cè)量電路之間的交流隔離電壓有效值為2500V，直流隔離電壓為5000V。該器

30、件采用SOIC8表貼封裝，運(yùn)行溫度4085。,IR2175與霍爾電流傳感器實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)IR2175是一個(gè)單片式線性電流傳感器，針對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。電流反饋采用采樣電阻結(jié)合IR2175作為電流的反饋回路。采用采樣電阻對(duì)伺服電機(jī)的相電流進(jìn)行采樣，輸出260mV以內(nèi)的采樣電壓信號(hào)，將該信號(hào)輸入到電流傳感器IR2175中，通過(guò)它的內(nèi)部處理后輸出一個(gè)占空比隨電流幅值大小改變脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離后送入DSP中作為電機(jī)的電流反饋信號(hào)。由于IR2175的輸入電壓限制在260mv之間，當(dāng)采樣電阻一定時(shí)，主回路的最大電流就被限制，即系統(tǒng)的功率等級(jí)被限制，很難實(shí)現(xiàn)功率型伺服系統(tǒng)?？刹捎没魻栯娏鱾?/p>

31、感器加取樣電阻和IR2175的方法來(lái)解決功率等級(jí)受限的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)功率型的位置伺服系統(tǒng)。用霍爾電流傳感器(可以根據(jù)功率等級(jí)的需要進(jìn)行選型)對(duì)電機(jī)相電流進(jìn)行采樣，輸出接一個(gè)取樣電阻獲得一個(gè)260mv之間的電壓，將該電壓作為IR2175的輸入，IR2175的輸出通過(guò)光耦送入DSP中進(jìn)行計(jì)算。,采用Allegro公司的霍爾電流感應(yīng)元件ACS712ELCTR-05B-T 最大輸入電流5A。該元件精度高，電壓偏移小，霍爾元件感應(yīng)在-55A工作于線性的范圍線性好。通過(guò)磁感應(yīng)元件把高電壓，大電流的隔離，轉(zhuǎn)換為05V的低電壓量輸出,電流檢測(cè),電流檢測(cè)電路是為了防止電動(dòng)機(jī)在過(guò)載、起動(dòng)和異常運(yùn)行時(shí)由于電流過(guò)大對(duì)功率

32、開(kāi)關(guān)管和電動(dòng)機(jī)本體產(chǎn)生損害而設(shè)計(jì)的。此外，電流檢測(cè)電路能監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中電流的大小，保證電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。,電流檢測(cè)電路如圖所示，圖中為電流采樣電阻，為了減小功耗，電阻阻值越小越好。電容C可以濾除電流中的干擾信號(hào)。由于電阻很小，采樣到的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，送入到DSP的AlD轉(zhuǎn)換口，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)DSP處理后，判斷是否過(guò)流，如果發(fā)生過(guò)流，觸發(fā)功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)不可屏蔽中斷，關(guān)閉PWM發(fā)生器。,基于智能功率模塊IPM的逆變器電路,采用三菱第五代IPM 模塊PS21265(600V/20A)構(gòu)成逆變器, ，其內(nèi)部封裝了六個(gè)IGBT，是變頻器的核心器件。IPM內(nèi)部集成了邏輯、控制、檢測(cè)和保護(hù)電路，使用起

33、來(lái)方便。開(kāi)關(guān)頻率為5-20KHz，具有以下特點(diǎn)： （1）控制電壓為15V ， 低于13.5V時(shí)模塊本身發(fā)出欠壓保護(hù)信號(hào)；高于20V時(shí)會(huì)損耗模塊內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路。（2）每一路驅(qū)動(dòng)電源之間要相互隔離。以防止噪聲干擾。（3）驅(qū)動(dòng)電路輸出端濾波電容不能太大，否則容易引起觸發(fā)錯(cuò)誤；（4）信號(hào)隔離電路應(yīng)采取快速光耦隔離，而且傳輸延時(shí)要小于0.8微秒；（5）驅(qū)動(dòng)電路與IPM模塊之間的連線要盡可能短，防止高頻信號(hào)傳輸過(guò)程中造成信號(hào)失真，驅(qū)動(dòng)電路的線路板與IPM模塊直接焊在一起。PS21265模塊有專用的HVIC，因此在連接CPU時(shí)，可以不用接快速光耦或者其他隔離電路。是集電極開(kāi)路輸型輸出端。外部保護(hù)電路應(yīng)設(shè)定在使

34、IGBT在1.52ms內(nèi)關(guān)斷。電信號(hào)線要盡可能靠近IPM端子。,1.5V。它具有以下特點(diǎn)： （1） 驅(qū)動(dòng)電壓為 15,一定要處理好，,基于智能功率模塊IPM的逆變器電路,1.5V。它具有以下特點(diǎn)： （1） 驅(qū)動(dòng)電壓為 15,一定要處理好，,為保證系統(tǒng)安全，IPM采用光耦隔離電路驅(qū)動(dòng)，將DSP發(fā)出來(lái)PWM信號(hào)與IPM的驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口連接起來(lái)，防止IPM的擾動(dòng)信號(hào)對(duì)DSP造成的干擾，另外，在IPM出現(xiàn)故障信號(hào)過(guò)程之中，可以通過(guò)關(guān)閉快速光耦來(lái)關(guān)閉DSP的PWM信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)IPM的保護(hù)作用。本設(shè)計(jì)采用快速光耦HCPL4504。,IPM光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路,采用Allegro公司的霍爾電流感應(yīng)元件ACS712ELCTR-05B-T 最大輸入電流5A。該元件精度高，電壓偏移小，霍爾元件感應(yīng)在-55A工作于線性