93004A.book

Size: px

Start display at page:

Download "93004A.book"

破聚谷
8 years ago
Views:

1 用 dspic DSC MCPWM 模块驱动交流感应电机作者 : Jorge Zambada Microchip Technology Inc. 如图 1 所示, 电机绕组的电感对 PWM 电压源的电流进行滤波正如下文即将介绍的, 基于该原理我们可利用 PWM 信号产生正弦波来对三相 ACIM 进行通电引言本文档概括介绍了采用 dspic3f 电机控制数字信号控制器系列芯片实现的电机控制 PWM 模块 (Motor Control PWM module, MCPWM) 文中包含的代码示例适用于采用三相逆变器拓扑结构的典型三相交流感应电机 (AC Induction Motor, ACIM) 控制应用 MCPWM 模块图 1: ILOAD VLOAD 经电机绕组滤波后的电流波形本文档涉及内容仅限于 MCPWM 模块的使用所提供信息基于一个应用实例在阅读本文档之前, 用户应先熟悉 MCPWM 的特性和功能 ( 见 dspic3f 系列参考手册 (DS746D_CN) 第 15 章 ) 图 2 是 MCPWM 模块的简化结构图图中显示如何产生互补脉冲以对本例中的 ACIM 进行驱动图 2: MCPWM 结构原理图 16 位时基 OVDCON 占空比发生器 #4 死区单元 DTA DTB PWM4H PWM4L 占空比发生器 #3 占空比发生器 #2 死区单元 DTA 死区单元 DTA DTB DTB PWM 改写逻辑 PWM3H PWM3L PWM2H PWM2L 4 个具有输出极性控制功能的 PWM 输出对占空比发生器 #1 死区单元 DTA DTB PWM1L 注 :6 输出模块不具有虚线表示的逻辑 Fault A Fault B 2 个具有可编程故障状态的故障输入引脚 26 Microchip Technology Inc. DS934A_CN 第 1 页

2 占空比发生器用于产生包含预先设定占空比信息的脉冲死区单元对脉冲进行偏移以避免在对逆变器晶体管进行驱动时出现直通现象 PWM 改写逻辑将根据故障条件或编程指令对输出信号进行修改例如, 如果选择负极性则此功能单元的输出信号将被反相, 或被强制为 OVDCON 寄存器的设定值应用实例应用实例包括如何产生 6 Hz 的三相信号以对三相感应电机进行通电图 3 显示了三相逆变器的拓扑结构在该拓扑结构中, 6 路 PWM 输出分别被接至各个功率晶体管 (MOSFET 或 IGBT) 此应用实例的主要要求是产生相位互差 12 电角度的 6 Hz 三相正弦波根据正弦波查找表, 在表指针上加上不同的偏移量可在 PWM 引脚上产生三个信号表中每个数据都代表一个占空比值, 该值将被存入相应的占空比寄存器初始化 MCPWM 模块以下过程将指导用户如何选择运行应用实例所需的特定 MCPWM 模块功能, 其中给出了一个代码示例以显示实际寄存器和控制位的名称图 3: 三相逆变器步骤 1. 将 MCPWM 模块配置为互补输出模式由于采用互补模式产生正弦波, 因此需要加入一小段时间, 使得晶体管 PWMxH 和 PWMxL 在这段时间内处于关断状态以避免直通现象实例中, 在一个晶体管关断后互补晶体管导通之前, 自动插入一个 2 µs 的死区时间值图 4 显示了插入死区后两个互补引脚输出信号的时序图图 4: PWM1L 具有自动死区插入功能的互补 PWM 输出死区时间步骤 2. 使用中心对齐模式的 PWM 输出本实例中采用中心对齐模式以避免出现同时导通三个功率晶体管的现象, 这样可减少功率器件产生的噪声图 5 显示了中心对齐模式的时序图 +V PWM2H PWM3H THREE-PHASE ACIM PWM1L PWM2L PWM3L DS934A_CN 第 2 页 26 Microchip Technology Inc.

3 图 5: 中心对齐 PWM 时序图周期 /2 PTPER PDC1 PTMR 值 PDC2 PWM2H PDCx 值周期如图所示, 只要占空比 (PDC1 和 PDC2) 不同, 功率器件的导通时间也不相同在边沿对齐模式下, 它们将同时导通, 而与占空比值无关步骤 3. 避免 PWM 音频噪声 PWM 频率设置为 2 khz 以避免出现音频噪声一般来说, 15 khz 以上时的音频噪声已难以被人耳察觉以下公式可用来计算工作于中心对齐 ( 递增 / 递减计数 ) 模式和 2 khz 条件下实际的 PTPER 设定值 FCY PTPER = FPWM 根据前述 PWM 设置要求, 示例 1 显示了用于初始化 MCPWM 模块的代码 : 26 Microchip Technology Inc. DS934A_CN 第 3 页

4 例 1: 用于初始化 MCPWM 模块的代码 #define FCY 2 // 2 MIPS #define FPWM 2 // 2 khz #define DEADTIME (unsigned int)(.2 * FCY) #define _DES_FREQ 6 // 需要产生 6 Hz 正弦波 #define _DELTA_PHASE (unsigned int)(_des_freq * / FPWM) void InitMCPWM(void) { TRISE = x1; // 将 PWM 和 FLTA 引脚分别配置为输出和输入 PTPER = (FCY/FPWM - 1) >> 1; // 计算期望频率所对应的周期 OVDCON = x; // 禁止所有 PWM 输出 DTCON1 = DEADTIME; // 死区时间为 ~2 us@ 2 MIPS 且预分频比为 1:1 PWMCON1 = x77; // 使能 PWM 输出引脚并使能互补模式 PDC1 = PTPER; /* 相 A 电压为伏此值对应于 5% 占空比在互补模式下输出平均电压为伏 */ PDC2 = PTPER; // 相 B 电压为伏 PDC3 = PTPER; // 相 C 电压为伏 IFS2bits.PWMIF = ; // 清零 PWM 中断标志 IEC2bits.PWMIE = 1; // 允许 PWM 中断 OVDCON = x3f; // PWM 输出由 PWM 模块进行控制 PTCONbits.PTMOD = 2; // 中心对齐 PWM 工作 Phase = ; // 复位 Phase 变量 Delta_Phase = _DELTA_PHASE; // 将 Phase 增量初始化为 6Hz 正弦波模式 PTCONbits.PTEN = 1; // 启动 PWM return; } 使用 MCPWM 实现三相 ACIM 的驱动本节将阐述如何使用前面介绍的 MCPWM 模块产生三相正弦波, 并通过一个代码示例对该应用的实际实现过程进行说明为产生三相输出, 通过一个由 64 个字组成的表提供一个完整电周期所使用的全部正弦数据数据采用 16 位有符号小数格式, 且被归一化到 -1 至 1 范围之内变量 Phase 用作指向数据表的 16 位指针, 其中 x 和 xffff 分别表征 º 和 º 每次 PWM 周期中断期间 (5 µs), Delta_Phase 变量将被加入 Phase Delta_Phase 变量值决定了代码扫描正弦数据表的速度, 亦即调制频率的大小图 6 显示了查找表以及使用 MCPWM 模块获得的三个正弦波信号从图中可看到叠加在 PWM 信号上的平均电压, 该电压表征加到电机绕组上的电压幅值图 6: 使用查找表产生三相正弦波 64 字表 PWM1L PWM2H PWM2L PWM3H PWM3L DS934A_CN 第 4 页 26 Microchip Technology Inc.

5 Delta_Phase 变量按照下面公式进行计算 : Delta_Phase = 2 16 x = 2 16 X 期望频率 (Hz) FPWM 6 = = 在使用 Delta_Phase 对 Phase 变量进行调整后, 通过在 Phase 中加入偏移常量以计算电机第 2 和第 3 相所需的另外两个表指针对于 16 位指针,x5555 值可实现 12º 偏移量而 xaaaa 值实现 24º 偏移量其次, 通过对三个 16 位指针右移 1 位以获得最高 6 位的信息由于数据表仅由 64 个数据字构成, 因此只需一个 6 位指针不同大小的查找表所需的移位数也不同最后, 将三相指针加入存放在程序存储器中的正弦表基准地址即可获得所需的正弦数据值在获得正弦值之后, 需根据期望的调制幅值和 PWM 占空比范围对其进行换算首先, 将查表值乘以 PTPER 寄存器值以获得幅值随后将 PTPER 值加入幅值以确保最终的占空比值为正图 7 举例说明了该换算过程由于占空比寄存器具有两倍于 PTPER 寄存器的分辨率, 因此需要最大设定值为 2xPTPER 图 7: 占空比寄存器的正弦表换算操作来自正弦表的源数据换算操作最终负值的偏移量.999(x7FFF) PTPER 2xPTPER x x + + PTPER -1 (x8) 这里写出了调制操作以及相关的正弦数据表, 这样用户可在自己的代码中使用在实际应用中, 用户可能需要对正弦表数据进行预先换算, 这样在对正弦波进行调制时不必再做大量的换算操作以下代码示例对三相 ACIM 的 B 相进行调制例 2: 在 MCPWM 中断服务程序中对 B 相进行调制 #define _12_DEGREES x5555 #define _24_DEGREES xaaaa unsigned int Phase, Delta_Phase, Phase_Offset; int Multiplier, Result;... Phase += Delta_Phase; // 将 Delta_Phase 累加到 Phase 变量中 Phase_Offset = _12_DEGREES; // 将正确的值加入相位偏移量中 Multiplier = sinetable[(phase + Phase_Offset) >> 1];// 获取正弦信息 asm("mov _Multiplier, W4"); // 装载第一个乘数 asm("mov _PTPER, W5"); // 装载第二个乘数 asm("mov #_Result, W"); // 将结果地址载入 W asm("mpy W4*W5, A"); // 执行小数乘法 asm("sac A, [W]"); // 将乘法结果装入 var 结果 PDC2 = Result + PTPER; // 移除占空比的负值对于其他两相, 可采用相同的代码对于 A 相, Phase_Offset 值为 ( ) 对于 C 相, Phase_Offset 值为 xaaaa (24 ) 注意, 乘法采用汇编代码实现, 即采用 dspic DSC 的小数乘法指令 26 Microchip Technology Inc. DS934A_CN 第 5 页

结论本文档介绍了如何使用专用于交流感应电机的 dspic 电机控制 PWM 模块文档中的代码示例对实际的实现过程进行了说明图 8 显示了经外部 RC 滤波器滤波后的电机相电压波形图 9 给出了该外部 RC 滤波器的电路图图 8: PWM 电压和相应占空比的示波器图图 9: C 相 RC 滤波器电路 B 相

6 结论本文档介绍了如何使用专用于交流感应电机的 dspic 电机控制 PWM 模块文档中的代码示例对实际的实现过程进行了说明图 8 显示了经外部 RC 滤波器滤波后的电机相电压波形图 9 给出了该外部 RC 滤波器的电路图图 8: PWM 电压和相应占空比的示波器图图 9: C 相 RC 滤波器电路 B 相 A 相 1 KΩ 1 n F 滤波器输出注 : 文档中给出的所有代码示例都是基于 dspic3f412 器件, 且使用 Microchip MPLAB IDE 7.11 以及 MPLAB C3 C 编译器 v1.31 进行开发和测试的 DS934A_CN 第 6 页 26 Microchip Technology Inc.

请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip

7 请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操作规范来使用 Microchip 产品的这样做的人极可能侵犯了知识产权 Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作 Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性代码保护并不意味着我们保证产品是牢不可破的代码保护功能处于持续发展中 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视为违反了数字器件千年版权法案 (Digital Millennium Copyright Act) 如果这种行为导致他人在未经授权的情况下, 能访问您的软件或其他受版权保护的成果, 您有权依据该法案提起诉讼, 从而制止这种行为提供本文档的中文版本仅为了便于理解请勿忽视文档中包含的英文部分, 因为其中提供了有关 Microchip 产品性能和使用情况的有用信息 Microchip Technology Inc. 及其分公司和相关公司各级主管与员工及事务代理机构对译文中可能存在的任何差错不承担任何责任建议参考 Microchip Technology Inc. 的英文原版文档本出版物中所述的器件应用信息及其他类似内容仅为您提供便利, 它们可能由更新之信息所替代确保应用符合技术规范, 是您自身应负的责任 Microchip 对这些信息不作任何明示或暗示书面或口头法定或其他形式的声明或担保, 包括但不限于针对其使用情况质量性能适销性或特定用途的适用性的声明或担保 Microchip 对因这些信息及使用这些信息而引起的后果不承担任何责任如果将 Microchip 器件用于生命维持和 / 或生命安全应用, 一切风险由买方自负买方同意在由此引发任何一切伤害索赔诉讼或费用时, 会维护和保障 Microchip 免于承担法律责任, 并加以赔偿在 Microchip 知识产权保护下, 不得暗中或以其他方式转让任何许可证商标 Microchip 的名称和徽标组合 Microchip 徽标 Accuron dspic KEELOQ microid MPLAB PIC PICmicro PICSTART PRO MATE PowerSmart rfpic 和 SmartShunt 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标 AmpLab FilterLab Migratable Memory MXDEV MXLAB SEEVAL SmartSensor 和 The Embedded Control Solutions Company 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 Analog-for-the-Digital Age Application Maestro dspicdem dspicdem.net dspicworks ECAN ECONOMONITOR FanSense FlexROM fuzzylab In-Circuit Serial Programming ICSP ICEPIC Linear Active Thermistor Mindi MiWi MPASM MPLIB MPLINK PICkit PICDEM PICDEM.net PICLAB PICtail PowerCal PowerInfo PowerMate PowerTool REAL ICE rflab rfpicdem Select Mode Smart Serial SmartTel Total Endurance UNI/O WiperLock 和 ZENA 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的商标 SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有 26, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 位于俄勒冈州 Gresham 及位于加利福尼亚州 Mountain View 的全球总部设计中心和晶圆生产厂均于通过了 ISO/TS-16949:22 认证公司在 PICmicro 8 位单片机 KEELOQ 跳码器件串行 EEPROM 单片机外设非易失性存储器和模拟产品方面的质量体系流程均符合 ISO/TS-16949:22 此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了 ISO 91:2 认证 26 Microchip Technology Inc. DS934A_CN 第 7 页

8 全球销售及服务网点美洲亚太地区亚太地区欧洲公司总部 Corporate Office 2355 West Chandler Blvd. Chandler, AZ Tel: Fax: 技术支持 : 网址 : 亚特兰大 Atlanta Alpharetta, GA Tel: Fax: 波士顿 Boston Westborough, MA Tel: Fax: 芝加哥 Chicago Itasca, IL Tel: Fax: 达拉斯 Dallas Addison, TX Tel: Fax: 底特律 Detroit Farmington Hills, MI Tel: Fax: 科科莫 Kokomo Kokomo, IN Tel: Fax: 洛杉矶 Los Angeles Mission Viejo, CA Tel: Fax: 圣何塞 San Jose Mountain View, CA Tel: Fax: 加拿大多伦多 Toronto Mississauga, Ontario, Canada Tel: Fax: 中国 - 北京 Tel: Fax: 中国 - 成都 Tel: Fax: 中国 - 福州 Tel: Fax: 中国 - 香港特别行政区 Tel: Fax: 中国 - 青岛 Tel: Fax: 中国 - 上海 Tel: Fax: 中国 - 沈阳 Tel: Fax: 中国 - 深圳 Tel: Fax: 中国 - 顺德 Tel: Fax: 中国 - 武汉 Tel: Fax: 中国 - 西安 Tel: Fax: 台湾地区 - 高雄 Tel: Fax: 台湾地区 - 台北 Tel: Fax: 台湾地区 - 新竹 Tel: Fax: 澳大利亚 Australia - Sydney Tel: Fax: 印度 India - Bangalore Tel: Fax: 印度 India - New Delhi Tel: Fax: 印度 India - Pune Tel: Fax: 日本 Japan - Yokohama Tel: Fax: 韩国 Korea - Gumi Tel: Fax: 韩国 Korea - Seoul Tel: Fax: 或马来西亚 Malaysia - Penang Tel: Fax: 菲律宾 Philippines - Manila Tel: Fax: 新加坡 Singapore Tel: Fax: 泰国 Thailand - Bangkok Tel: Fax: 奥地利 Austria - Wels Tel: Fax: 丹麦 Denmark-Copenhagen Tel: Fax: 法国 France - Paris Tel: Fax: 德国 Germany - Munich Tel: Fax: 意大利 Italy - Milan Tel: Fax: 荷兰 Netherlands - Drunen Tel: Fax: 西班牙 Spain - Madrid Tel: Fax: 英国 UK - Wokingham Tel: Fax: /16/6 DS934A_CN 第 8 页 26 Microchip Technology Inc.

00872a.book

00872a.book 从 MCP2510 升级至 MCP2515 作者 : 介绍 Pat Richards Microchip Technology Inc. 开发 MCP2510 独立 CAN 控制器的初衷是赋予 CAN 系统和模块设计人员更多的灵活性, 允许他们为自己的应用选择最好的处理器使用 MCP2510 不会使设