該系統(tǒng)工況為24小時連續(xù)工作制。要求受上位機控制，控制兩路電機的啟動、停止、轉速及加速度，同時將掉電及故障信號反饋給上位機。系統(tǒng)要求結構緊湊、體積小、保護功能完善、穩(wěn)定可靠。
摘要：介紹一種基于DSP和IPM的變頻調速系統(tǒng)的硬件設計。該系統(tǒng)采用“自舉”電路，采用DSP直接驅動IPM，結構緊湊。該系統(tǒng)已投入批量生產，并經(jīng)過數(shù)年連續(xù)運行。實際運行表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足使用要求。
引言
變頻調速技術廣泛應用于工業(yè)領域。隨著電力電子控制技術及元器件的不斷發(fā)展，變頻調速系統(tǒng)的集成度、智能化程度越來越高，硬件構成也越來越緊湊、簡單。DSP（數(shù)字信號處理器）＋IPM（智能功率模塊）就是變頻調速系統(tǒng)最新的發(fā)展方向之一。
在DSP+IPM構成的變頻調速系統(tǒng)中，充分利用了DSP高速運算、配置豐富及IPM控制信號接口簡單、保護完善的特點，使得系統(tǒng)元器件數(shù)大為減少、結構緊湊，而性能及可靠性卻大為提高，縮短了產品開發(fā)周期，提高了產品的競爭力。
筆者為某設備所做的一個變頻調速子系統(tǒng)就采用了DSP+IPM的結構。下面介紹該系統(tǒng)的硬件設計方法。
硬件設計
DSP和IPM
該系統(tǒng)工況為24小時連續(xù)工作制。要求受上位機控制，控制兩路電機的啟動、停止、轉速及加速度，同時將掉電及故障信號反饋給上位機。系統(tǒng)要求結構緊湊、體積小、保護功能完善、穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)輸入電壓為3Φ 200VAC。控制的兩路電機功率分別為180W。根據(jù)以上要求，我們采用了DSP+IPM的硬件結構。
因為系統(tǒng)要求實時控制兩路電機的運行，我們選用了TI公司的專為電機控制設計的TMS320L2407A型DSP。該DSP采用了高性能靜態(tài)CMOS 技術，時鐘頻率可達40MHZ，指令周期僅為25ns，可實現(xiàn)3.3V低功耗設計，滿足實時控制要求。尤其值得一提的是該DSP具有用于電機控制的專用外圍配置―兩個事件管理模塊EVA和EVB，每個模塊包括：兩個16位通用定時器；8個16位PWM通道；三個外部事件的時間標記捕獲單元；可編程的死區(qū)時間以防止直通故障；在片位置編碼器接口電路；同步A./D轉換器等，可方便地實現(xiàn)對兩路電機的控制。另外，該型DSP還有多達40個可單獨編程的復合通用輸入/輸出引腳、多達5個外部中斷等配置，對實際應用帶來很大方便。
因為該系統(tǒng)輸入電壓為3Φ 200VAC，控制的兩路電機功率均為180W，考慮適當裕量，我們選用了三菱公司第三代DIP- IPM PS21563（10A/600V）。三菱DIP-IPM是面向AC100～200V級小容量電機變頻驅動、采用傳遞型封裝結構、將功率電路和驅動保護電路集成于一體的小型智能功率模塊，具有以下特點：
·3相AC變頻輸出電路搭載三菱第5代平面型IGBT和CSTBT（Carrier Stored Trench－gate Bipolar Transistor：具有載流子蓄積層的溝槽型門極構造雙極晶體管）功率芯片，實現(xiàn)更低損耗。
·采用自舉電路結構，可實現(xiàn)單電源驅動。
·內置有IGBT驅動電路，具有過載保護、控制電源欠壓保護功能。P側具有UV（控制電源欠壓）保護功能，但不輸出故障信號F。N側具有UV及SC（過載）保護功能，同時輸出故障信號F。
·內置專用HVIC（高壓600VIC）,無需隔離絕緣電路（如光耦），可由DSP或3V級單片機直接驅動。
·輸入接口電路采用高電平驅動邏輯，消除了舊產品低電平驅動方式對電源投入和切斷時的時序要求，增強了模塊自保護能力。
系統(tǒng)輸入為3Φ 200VAC，經(jīng)三相全橋整流為約270VDC供給IPM，并由270V進行DC/DC轉換產生輔助電源，為DSP、上位機及IPM 模塊提供控制電源。上位機接受主系統(tǒng)控制，對DSP發(fā)出2路電機起停、4級加速度及8級速度的控制信號，DSP根據(jù)上位機的控制信號產生兩組6路脈沖分別控制兩個IPM模塊，從而控制兩路電機的起停、加速度及轉速。兩路電機的轉速通過軸編碼器反饋回上位機。IPM的故障信號反饋給DSP，DSP將故障信號及掉電信號反饋回上位機。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
