DZ223基于PLC滚塑机系统设计
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一种小功率通用变频器的设计 文章作者:贺明智 杨贵恒 黄念慈 戴婷婷文章类型:设计应用 文章加入时间:2004年8月31日22:8 文章出处:电源技术应用 -摘要:采用高集成度的专用芯片SA866和智能功率模块PS21255开发了一种小功率通用变频器。试验和实际应用表明,该变频器性能好、价格低、可靠性较高。 关键词:变频器;正弦波脉宽调制;专用集成电路;智能功率模块引言由于电力电子技术的飞速发展,交流变频调速已上升为电气传动的主流,正在逐步 传 的 流传动。 性价 的 度 ,交流变频调速 已 于 流调速 。步电 的变频调速 可 实 调 , 交流调速 可 的 :交流变频调速在频率、动应、调速度、低频、currency1“、通功能、智能制、功率fi、fl作 率、用 的 的交流调速 ”的, 小、 、通用性、功能、可靠性高、作 , 、 、 fl、 、 、 、电力、fl、 、 、 、 的 , 。变频调速 在 , 贵的 价和可靠性 用 步。低价和高可靠性一 交流变频调速的要。文 一 小功率交流 步电动 变频调速的要求,采用上世纪90年 末才推出的 功能高集成度专用SPWM制芯片SA866和智能功率模块PS21255开发了一种新型通用变频器。 整?结构洁,具 较的功能,满足了空调、洗衣 家电及小型 、塑料加flfl 的 动 生产线 变频器低成 、高可靠性、高性能的要求,已 在广东、江苏 家fl厂生产中得应用。1 SA866和PS21255功能介绍1.1 SA866功能介1.1.1 功能特 SA866专用于交流 步电 SPWM制的集成电路。它除了根据设定参fi产生合乎要求的SPWM脉冲外, 集成了 种功能,可在紧急情况下,如短路和过载时快速关断SPWM脉冲,逆变器和电 。它的最大特 可 独立运,无须微处理器制。它的输出频率 及加速减速频率都可由外接电位器在线连续调 。所 须定义的参fi如载波频率、死区时间、最小脉宽、调制波形、V/f曲线均存储在外接的廉价EEPROM中,上电时 动读入SA866中。SA866 6种fl作模,与微处理器配合用,基 做了低价格 功能。1.1.2 管脚说明该芯片采用PLCC封 ,共 32 管脚, 管脚排列如图1所示。 管脚功能如下。1)电源VDDD和VDDA分别为fi字电源和模 电源;VSSADC为A/D换电源,它们接一 5V的电源;VSSD和VSSA分别为fi字电源和模 电源的地;VREFIN为A/D换参考电压(2.5V)。2)串接口SDA,SCL和CS用于 EEPROM fi据,分别为fi据,时 和片 。3)制及输出SE POIN 为频率 定 ,该脚的输入电压 定 的fl作频率;RACC和RDEC分别 定加速和减速的时间;RP , P , P ,RP , P 和 P 为 脉冲 输出, 中RP, P 和 P 分别 应 输出的上 ;RP , P 和 P 分别 应 输出的下 ;DIR制 ,该脚 应高低电 的PWM波 用 。4)fl作 SERIAL 定与SA866连接的EEPROM 微处理器,高电 表示与EEPROM连接;PA E0和PA E1 定采用的EEPROM的 一 参fi。5)VMON为过电压 输入 ,减速过 中 电 大于2.5V, 动过电压动作, 输出频率 定在;IMON为过电流 输入 ,升速过 中,电 大于2.5V,过流 动作, 续升速, 过流 currency1;SE RIP为紧急“ ,可快速PWM脉冲输出; RIP 表示输出 ,低电 ,该 在fi位 RESE 下才能fl 除。1.2 PS21255功能介1.2.1 功能特 与的I 模块 ,PS21255具 如下特 :1)动电路IPM设定了I 的最动 ,动电路I 较,可 大大减传输”,外 小, 加 压,时, 模块采用 电路, 了制电源 共地的制,用一 电源,可实 的制;2) 种I 的率大大低, 短路 SC ,制电路压 V ;3) 输出 FO 该 制PWM产生器,封 脉冲输出, “ fl作;4) 好采用 结构, 封 ,可 接 在 器上;5) 子 合理,于 电的输出输入 分别排在模块的 ,做 减 。1.2.2 管脚说明该模块的外形及 子分 如图2所示。IPM PS21255 模块外 子在 上 电分开,P及N为流输入 ,P为正 ,N为 ; ,V,W为逆变器 输出 ; P,VP,WP为上 ,V,W脉冲 输入 ; N,VN,WN为下 ,V,W 脉冲 输入 ;VP1及VPC为上 fl作电源输入 ,VP1为正 ,VPC为 ;VN1及VNC为下 fl作电源输入 ,VN1为正 ,VNC为 ;CIN为电流 输入 ;FO为 输出 (低电 );CFO为 输出脉宽制;V F 及V FS为 电路 ,V F 为高 ,V FS为低 ;VVF 及VVFS为V 电路,VVF 为高 ,VVFS为低 ;VWF 及VWFS为W 电路 ,VWF 为高 ,VWFS为低 。2 设计2.1 电路们开发的小功率通用变频器,采用 交流 电, 整流 波 入逆变 ,由逆变 该 流电逆变成 VVVF( f )电源, 动电 。整 分为主电路和制电路 分。 构成框图如图3所示。主电路采用二极管整流,大容 的电 电容 波,IPM模块为主电路的核心分,它6 I 构成 逆变 , 己的动电路和电路,整 模块 短路及制电路 压功能。它的输入可 兼容 L电 输入。制电路主要 制电源和 SA866为核心的SPWM波发生及动电路。制电源采用7805和7815 流稳压电源。SA866AE通过10位fi模换器和外接正 脚,可实 速的连续调 和正 切换。所 的运参fi, 载波频率、波形、最小脉冲宽度、死区脉宽和V/f曲线都通过外接的EEPROM编 。由于输入电压和馈能 都 接映在 流环 上,所 ,整 的电压电流及 样均集中在 流环 。动逆变 所须的PWM 则由ASIC芯片SA866 , IPM模块。EEPROM 用93LC46,它须5V的电压可fl作。可fi地擦写106次。该芯片的封 形为DIP8, 中VCC和VSS分别为5V电源输入的正 ,CLK为时 输入 ,DI为fi据输入 ,DO为fi据输出 ,OR 为fi据的存储结构, 8位或16位的 。 要设定的参fi写入EEPROM, 在上电时 动 EEPROM里 参fi字读入SA866,依据所设定的参fi字, 产生 应的脉冲波形用 制主电路中模块的开或关。2.2 参fi计算与设定1)载波频率 CFS 载波频率外接时 频率和一 倍率 fiN的函fi,N的十 制由初始 寄存器中的一 3位的CFS字 定。载波频率fCARR由(1) 定。fCARR=fCLK/ 5122 1 (1)中:fCLK为时 输入频率, 所 用的晶振为20M z。 =1,CFS=001,实际fCARR=9.766k z。2)输出电源频率 FRS 频率 出了输出频率的上。频率fRANCE=fCARR2m/384, m=1,FRS= 001 。3)死区时间(pd )pd =(63PD )/(fCARR512);PD 在063之间, PD =37=(100101) ;则实际的pd = 26/26.2144 5s=4.959s。4)脉冲 currency1时间 PD 调制 SPWM的脉宽可 很小, 实际上,过小的脉宽没 用,为时间过短,功率管 没 得及全打开 关闭了,增加了功率管的耗,低了 的 率。脉冲 currency1时间pd= 127PD / fCARR512 ;依 公, 定义最小宽度为3s,实际最小脉宽为pdpd ,则pd=7.959s,可得PD =85.272, PD =85=(1010101) , ,实际pd=8.01s,脉冲最小宽度为pdpd =8.01s4.959s=3.051s。5)波形 SA866AE 种标准波形 ,纯正弦波,正弦波带 次谐波(增型)和带死区的 次谐波(高 型)。波形采用 称技术证每 功率管的开通 度 。 用带 次谐波的正弦波作为调制波, :WS=(01) 。6)V/f曲线制FC用 定线性定律 风扇定律, 设定fl作在线性曲线 ,FC=0。图4为SA866AE/AM所 的线性特性。PED一 8位参fi,用 定在频率为0时电 上的电压。如 设 PED=255,则VVVF线性特性没用。P d s =PED100/255, 的初始设定为10,可得PED=25.5, 25,实际的P d s =9.8。 RAD为一 8位二 制fi, 定恒区曲线的斜率,根据基频和PED计算: RAD= 255PED fRAN E/(16f s ); RAD 255 ,f s =50 z;则 RAD=15=(1111) 。7) 参fi由于线性曲线中 用KA ,在 KA =(0000000) ;A/D换的零阈的制参fiZ =(00) ; 上述所 参fi字 计得C KS M=(001) 。AWS=(0000) 。由上述计算可得参fi分 表如表1所列。表1 参fi分 表ADDRESS MS 158 LS 70 001100 00001111 00011001 001101 10010100 10101010 001110 00101001 00000000 001111 11111110 表中“”表示任意项,在写入时写成010101014 试验应用结 及结论根据设计做成的通用变频器, 了调速、起动、“、 、过载调 和加减速时间调 试验,试验表明,该变频器 项性能良好,符合设计要求,已先 在广东和江苏地的空调制冷 、压缩 、 生产线和塑料制品生产线上得应用。该变频器结构洁、成 低、可靠性高、具 较高的性价 和灵活的适应性,动小功率电 及 类生产线最理想的 。 片 ZLO 中国芯 上海贝岭 p高拓中科联微 p ss PSCR s s南京威立姆百特(Am ARM)周立功 Ph ps胜创特盛群 kC 片 利尔”MSP430接口电路中科联微 S O S 成都国腾微电子迈威迈威周立功 S ,CAN,L ,I2C sNAND F sh烧录 案存储器香港百特(集团)南京威立姆模 器L 科汇 M m 编 器西尔特编 器周立功编 器台湾河洛编 器ALL-100,A 3-300;美国 P编 器炜煌科技电子线路设计中月电子恒鑫科贸用8279芯片 展2 8 键 和8 共 极LED示fi 管示器,16 键的键分别为0 F。8279 公 生产的可编 键 /示器接口芯片。8279 实 键 /示器的 动 , 别键 上闭合键的键 ,样 可 CP 键 /示器的作时间, 示稳定, , 出 动作。关于8279芯片的介绍和引脚图D0 D7 fi据 线( 、 )。CLK 时 。CS- 片 。RESE fi位引脚,高电 。8279的fi位 为:16位字符示, 输入,编 键 为 键 定,分频 fi为31。A0 fi据 引脚。A0=1时,CP 写入的字 为 字,独处的字 字。A0=0时,读出及写入的字 均为fi据。RD- 读fi据引脚,低电 。WR- 写fi据引脚,低电 。IR 中断 ,高电 。FIFO/RAM存入fi据时,IR 变为高电 , CP 中断。每次CP RAM中读入一 fi据时,IR 变为低电 ,如 RAM中的fi据没 读,IR 则 fi为高电 。在传 器下,每次传 器 变 时IR 则变为高电 。RL0 RL7 键 或传 器 列(或) 输入线。SL0 SL3 fi出线,用于键 及示器 。可用 设定为编 fi出(16 1)或 输出(4 1)。S IF 通用 展键开关的制功能,可用作键 的上、下 功能键,引脚在传 器和 通fl作下无 。CN L/S 制/ 通输入 ,高电 。可作为制功能键。在 通fl作下,该引脚输入 的上升 可 RL0 RL7的fi据存入FIFO/RAM中,在传 器下该 无 。O A0 O A3 A 示输出 ,与SL0 SL3 步。O 0 O 3 示输出 ,与SL0 SL3 步。D- 示currency1 引脚,低电 。该 在fi字切换示或用currency1 时 示。或 输出8279的结构8279的结构如图所示,主要 键 输入和示输入 分,及 应的寄存器和制电路。I/O制与fi据冲器 I/O制线 RD-、WR-、CS-、A0, 作用在引脚中已做了介绍。 fi据冲器,连接外线,用于传 CP 和8279之间的 / 或fi据。制与定时制 制与定时寄存器用于存储键 及示器的fl作、 存作 通过 产生 应的制 ,8279的 成一定的制功能。定时制 一 可编 的5位计fi器, 外输入时 分频,产生100k z的定时 。外时 输入 的周 小于500 s。 计fi器 计fi器 种输入:一编 ,计fi器 二制计fi,4位计fi16 线SL0 SL3输出, 外 器 出16位 线;二 ,SL0 SL3输出4 1 ,输出4位 线。 键输入制 分的作用 键 动 , 存RL0 RL7的键入currency1,“闭合键,currency1除键的动, 键输入fi据写入先 先出(FIFO)的存储器RAM。FIFO/RAM和示冲RAMfi冲器、键 currency1及制 RL0 RL7的 fi ,由fi冲器冲 存。键 fl作,fi线作为列键 的列输入线。一键闭合时,currency1电路fl 位,fi时10ms ,验该键fl续闭合。键 fi据格如下:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CN LS IF fi8279的作 字 CP 通过 8279写入 字 的fl作。A0 “1”时,写入的 ,读出的 。8 作 字述如下:键 /示器设 字的 字格为:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 00DDK K KD7D6D5=100该 字的特位,D4D3(DD)用 设 示, 定义表:表 示设 D4 D3 示0 0 8 字符 逐 示0 1 16 字符 逐 示1 0 8 字符 位示1 1 16 字符 位示8279最 可用 制16位LED示器。示器的每一位 应一 8位的示冲RAM 。CP 示fi据写入冲器时 输入和 输入 种。输入的地为0 15,示冲RAM 分别 应于示器的0 15(由 )位。CP 依次 0地或一 地开始 写入示冲RAM。16 示冲RAM都已写满时( 0地开始写,写了16次),17次 0地开始写入。 输入 位输入,输入fi据 写入 的示冲RAM。fi据写入示冲RAM ,” 冲器的容 一 字 ,”最 示冲RAM的容fl出。 编 时,计fi器作二 制计fi。4位二 制计fi器的 由SL0 SL3输出,最 可为键 示器 16根 线。 时,由SL0 SL3输出 , 时SL0 SL3能 一位为低电 ,8279能 展4 示器和4 8的键 。D2D1D0(KKK)用 设 键 的fl作, 定义表:键 fl作设 D2 D1 D0键 fl作0 0 0 编 键 , 键 定0 0 1 键 , 键 定0 1 0 编 键 ,N键0 1 1 键 ,N键1 0 0 编 传 器 1 0 1 传 器 1 1 0 通输入,编 示 1 1 1 通输入, 示 键 定 键 中时 或 上的键 下时,任一 键的编 currency1均 能 入FIFO/RAMzh , 下一 键 闭合时,该键的编 currency1能 入。种fl作可 作 输入计算 。N键 算 N 键fl 下时,在键 currency1 间,该键flfl 下。如 fl 下,则 键 过 发 它们的 别, 入FIFO/RAM中。时 字。 8279定时 由外输入时 过分频 产生,分频fi由时 编 字 定。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 01PPP PP中高3位D7D6D5=001位时 编 字的特位。PPPPP(D4 D0)用 设定 外输入 CLK的时 分频的分频 fiN,在2 31之间,如 外时 频率为1M z,设PPPPP=01010 , 字为2A ,则 外时 10分频, 得8279要求的10k z的基 频率。读FIFO/RAM 字的 格为:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0010A1AA AD7D6D5=010为该 字的特位,D2 D0(AAA)为FIFO/RAM的地,D4(AI)为地 动增1标。在传 器及 通下,AAA为RAM地。 AI=1,CP 起始地为AAA的 开始依次读出,每次读出 ,地 动加1;AI=0时,CP 读出AAA的容。在键 中,AI、AAA均fl ,CP 读键输入fi据时, 先 先出的律读出, 全读出为。读示冲RAM 字的 格为:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 111AIAAAD7D6D5=011该 字的特位。在CP 读示fi据之须先输出冲RAM的 。D4(AI)为 动增1标。 AI=1则CP 每次读出 ,地 动加1。D3D2D1D0=AAAA为示冲RAMd 存储 地。写示冲RAM 字。 字格为:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0100AIAAAAD7D6D5=100位该 字的特位,该 出了示冲RAM的地。D4(AI)为 动增1标。D3D2D1D0=AAAA用 示冲RAM的16 存储 。写示冲RAM时,先用该 字 出要写入的示冲RAM地,AAAA表示的4位二 制 。示 currency1 字的 字格为:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 01IWAIW LAL D7D6D5=101位该 字的特位。IWA和IW 分别用 A 和 冲RAM。在 4位示器用时,可 写示冲RAM中的低 字 高 字的 ,之 可 写高 字 低 字 。 LA和 L 分别A 和 的currency1特位, LA或 L 位=1时,则 应 的示currency1currency1currency1, LA或 L 位=0时则 fi正示。 字的 格为:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 10CDCDCDCFCAD7D6D5=110位该 字的特位。该 字用 除FIFO/RAM和示冲RAM。D4D3D2用 设定currency1除示冲RAM的, 定义表。currency1除示冲RAM的的设 D4 D3D2currency1除1 0currency1除示RAM1 10示RAM为20 ,A =0010、 =00001 11示RAM全 “1”0 除CF位用 除FIFO/RAM。CF=1时, 除 ,FIFO/RAMfl 空,中断输出线IR fi位,时传 器RAM的读出地 fl 0。CA 除的位,它兼 CD和CF的联合 用。CS=1时, 示RAM的 除由D3D2 定。 除示冲RAM大 100 s的时间,在 间CP 能 示器RAM写入fi据。结 中断/出 设 字的 格为:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D011 1ED7D6D5=111位结 中断/出 字的特位。在传 器fl作中,用 结 传 器RAM的中断 求, 次 RAM写入。N在中,E=1,则8279可fl作在特 出 。58279的 字 8279的 字用于键 输入和 通输入, 示FIFO/RAM中的字符 fifl出 。 字的格如下:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0D S/EOFNNND2 D0 表示FIFO/RAM中fi据的 fi。在F=1时,D3表示FIFO/RAM中fi据已满(存 8 键如fi据)。在FIFO/RAM中没 fi据时, CP FIFO/RAM 读出作,则出 足 , 时D4=1。FIFO已满,输入一 字符fi据时,则发生 出,D5=1。D6位在读出FIFO 字时fl读出,在 除 CF=1时flfi位。在传 器fl作下, S/E=1,则表示最 一 传 器 已 入RAM;8279fl作在特 下时, S/E=1,则表示 键时 下的 。在 除 间D7位为“1”,表示示无 , 能 示RAM 写作.接线图
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