變頻空調(diào)室外機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2 驅(qū)動控制系統(tǒng)的PWM以及信號采樣
采用單個(gè)MCU來控制PFC、兩個(gè)永磁同步電機(jī)以及其他控制需要13路PWM輸出和多達(dá)12個(gè)模擬信號采樣。其中PFC需要1個(gè)PWM輸出和2個(gè)模擬信號采樣，每個(gè)電機(jī)需要6路PWM輸出和3個(gè)模擬信號采樣，另外空調(diào)系統(tǒng)需要4個(gè)溫度采樣，而且PFC和電機(jī)控制需要實(shí)時(shí)采樣模擬信號，否則引起的延時(shí)會導(dǎo)致控制響應(yīng)速度慢，降低動態(tài)性能。如何分配和管理這3個(gè)控制模塊的PWM輸出以及模擬信號采樣比較困難。
針對變頻空調(diào)器的要求，對驅(qū)動控制系統(tǒng)的PWM設(shè)置如下：壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動采用3個(gè)PWM模塊6個(gè)輸出通道，并設(shè)置為上升一下降計(jì)數(shù)方式，載波頻率為5 kHz(周期為200μs)；風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動也采用3個(gè)PWM模塊6個(gè)輸出通道，并設(shè)置為上升一下降計(jì)數(shù)方式，載波頻率為10kHz(周期為100μs)；PFC采用1個(gè)PWM模塊的1個(gè)輸出通道，并設(shè)置為上升計(jì)數(shù)方式，載波頻率為20 kHz(周期為50 μs)。
同時(shí)針對變頻空調(diào)的信號采樣進(jìn)行如下設(shè)置：由于變頻空調(diào)系統(tǒng)的溫度采樣和內(nèi)部芯片溫度采樣的實(shí)時(shí)性要求比較低，需要針對ADC模塊的采樣處理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一，允許每一個(gè)ADC通道有不同的觸發(fā)源；第二，可設(shè)置ADC通道的轉(zhuǎn)換優(yōu)先級。在功率因數(shù)校正中，變換器的電流采樣信號受開關(guān)噪聲的影響，在開關(guān)點(diǎn)上經(jīng)常會出現(xiàn)高頻振蕩，因此需要通過計(jì)算的開關(guān)信號占空比確定開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，并根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間計(jì)算出一個(gè)最佳的信號采樣點(diǎn)以進(jìn)行信號采樣。在壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電流采樣中，由于三相電流對稱，因此只需分別同時(shí)采樣兩相電流，同時(shí)由于變頻空調(diào)中采用分流電阻器方式采樣，因此在空間電壓矢量PWM(SVPWM)方式中的不同扇區(qū)分別同時(shí)采樣不同的兩相電流，并由PWM計(jì)數(shù)器等于零來觸發(fā)采樣，如表1所列。本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/161944.htm
為了滿足電機(jī)驅(qū)動和PFC控制的需要，還需保證有兩個(gè)ADC采樣保持電路，允許兩個(gè)信號同時(shí)采樣，并允許選擇不同的兩個(gè)通道同時(shí)采樣。
3 定制的雙核MCU
針對變頻空調(diào)室外單元控制的需求，專門定制了變頻空調(diào)專用的雙核MCU，其時(shí)鐘頻率高達(dá)60 MHz，并提供7個(gè)片上增強(qiáng)型PWM模塊，每個(gè)PWM提供2個(gè)PWM輸出通道，且每個(gè)模塊之間可以設(shè)置移相及同步。高速ADC模塊的轉(zhuǎn)換速度為4．6 Msps，即每個(gè)信號的采樣轉(zhuǎn)換只需要216 ns。以CPU為核心處理加專用控制加速器CLA的雙核結(jié)構(gòu)，各自有獨(dú)立的總線，可以分別運(yùn)行不同的控制程序，從而提高系統(tǒng)的安全性。
為了提高整個(gè)室外控制系統(tǒng)的集成度和降低元器件的數(shù)目，在芯片中集成了更多的片上模塊，主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)：
①集成了雙10 MHz的片內(nèi)時(shí)鐘源，可以通過PLL倍頻至60 MHz作為系統(tǒng)時(shí)鐘，提供給CPU、CLA和其他外設(shè)。這兩個(gè)時(shí)鐘源可相互備份，當(dāng)其中一個(gè)失效時(shí)，可迅速切換到另外一個(gè)，使控制器繼續(xù)正常運(yùn)行。在降低成本的同時(shí)提高了系統(tǒng)的抗干擾性。另外在片內(nèi)集成了溫度傳感器檢測芯片內(nèi)部溫度，通過專用的算法來補(bǔ)償片內(nèi)時(shí)鐘源的溫度漂移，滿足了室內(nèi)機(jī)通信等外設(shè)對時(shí)鐘源輸出精度的要求。
②集成了3個(gè)響應(yīng)時(shí)間為30 ns的模擬比較器和10位精度的片內(nèi)DAC，比較器的輸出可以直接關(guān)斷或屏蔽PWM的輸出，從而可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)、PFC的保護(hù)，提高了過流、過壓保護(hù)的實(shí)時(shí)性，減少了電機(jī)過流退磁的現(xiàn)象。
③集成了片內(nèi)電源電壓檢測電路以及預(yù)防控制代碼運(yùn)行出錯(cuò)的監(jiān)控模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖4為基于雙核MCU的變頻空調(diào)室外機(jī)控制系統(tǒng)，對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
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