摘要：介绍了专用于控制三相逆变器的单片机μPD789842的资源配置和结构功能,同时以变频空调控制器的设计为例,说明了用μPD789842实现其SPWM波形输出的具体方法。
关键词：变频调速;逆变器;SPWM
变频调速具有优良的调速性能,而数字变频调速则使得变频调速的应用技术更加先进。μＰＤ７８９８４２是ＮＥＣ公司生产的专用于控制三相逆变器的单片机。它有三相ＰＷＭ输出,可驱动ＩＰＭ智能功率模块,实现交－直－交数字变频调速。与使用普通单片机实现交－直－交数字变频调速的方法相比,用μＰＤ７８９８４２实现交－直－交数字变频调速具有硬件功能更强、软件编程更加方便的特点。下面以μＰＤ７８９８４２在变频空调控制器中的应用为例说明用μＰＤ７８９８４２ 实现数字变频调速的方法。
１ μＰＤ７８９８４２的功能
１．１ μＰＤ７８９８４２的资源配置
μＰＤ７８９８４２的管脚排列如图１所示。其内部资源配置如下：
● ＲＯＭ：８ｋＢ;
● ＲＡＭ：２５６字节;
● ＳＦＲ：２５６字节;
● Ｉ／Ｏ口：Ｐ０８位）Ｐ１（８位）,Ｐ２（６位多功能口）,Ｐ６（８位多功能口）;
● ＵＡＲＴ：１路;
● 定时器：６路。其中１０位逆变器控制定时器１路,８位定时器／事件计数器２路,８位定时器计数器１路,计时定时器１路,看门狗定时器１路;
● ８位Ａ／Ｄ转换：８路;
● 乘法器：１０位×１０位;
● 矢量中断源：１５个;
● 电源电压：４．０～５．５Ｖ;
● 晶振：８．３８ＭＨｚ（最小指令执行时间为０．９６μｓ。
１．２ μＰＤ７８９８４２的功能
采用μＰＤ７８９８４２作变频空调室外机的ＭＣＵ的原理图如图２所示。图中,μＰＤ７８９８４２的ＴＯ７０～ＴＯ７５输出的三相ＰＷＭ信号可用于驱动ＩＰＭ,而从ＴＯＦＦ７输入到ＩＰＭ的故障信号则用于保护ＩＰＭ。环境温度和电流电压等模拟量从Ｐ６口输入。工作时,μＰＤ７８９８４２将检测到的信息通过ＵＡＲＴ传给室外机。本设计将室外机作为上位机,室内机作为下位机。当室外机将频率信号传给室内机后,室内机即可输出所希望的正弦ＰＷＭ信号（ＳＰＷＭ）。
２ ＳＰＷＭ的实现
２．１ 逆变器控制定时器
逆变器控制定时器的功能框图如图３所示。其中定时器ＴＭ７为１０位加减计数器,其值的大小决定着载波频率;ＣＭ０～ＣＭ３为１０位比较寄存器,其值大小决定方波的占空比;ＢＦＣＭ０～ＢＦＣＭ３为缓冲寄存器;ＤＴＩＭＥ为死区时间重载寄存器;ＤＴＭ０～ＤＴＭ２为死区时间定时器。
２．２ ＰＷＭ波形的产生
用定时器ＴＭ７产生ＰＷＭ波形的原理如图４所示。由该波形图可见：当定时器ＴＭ７向上／下计数到与ＣＭ０～ＣＭ２比较寄存器的值相等时,ＴＯ７０～ＴＯ７５输出将发生翻转,而当定时器ＴＭ７向下计数到零时,系统将产生中断,这时,各寄存器将重新赋值,为下一轮输出作准备。
图4 PWM波形原理图
２．３ ＳＰＷＭ波形的产生
在输出ＰＷＭ波形的基础上,当ＣＭ０～ＣＭ２比较寄存器的值按正弦规律变化时,ＴＯ７０～ＴＯ７５将输出正弦ＰＷＭ波形。
因而可先作一张正弦函数表放在ＲＯＭ或外部Ｅ２ＰＲＯＭ中用于查表。室外机频率值和载波频率决定载波比λ,然后由λ计算出查正弦函数表的步长（即调频）;而在调压时,则可根据异步电机的工作原理和Ｖ／Ｆ控制原则,制作一张Ｖ／Ｆ曲线表放在ＲＯＭ中,然后由室外机频率值查表得到电压值,并由电压值计算出对应的调制度α。如需考虑直流电压变化,还可根据其变化对调制度α进行补偿。图５给出了变频控制模块的软件流程图。
3 结束语
在进行数字变频时,采用异步调制较为方便。设计时可以根据压缩机数据来决定载波频率和载波比λ的范围。一般μＰＤ７８９８４２的载波频率约为３ｋＨｚ,输出频率为１０～１１０Ｈｚ。在压缩机的额定工作点时,其谐波最小,因而效果也最好。
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