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标题: 一种低频小功率放大器 [打印本页]

作者: 花落花开    时间: 2007-12-31 11:14     标题: 一种低频小功率放大器

VDD(21),VSS(22):分别为数字电压与数字地。
/FWD(23):输入,正、反转控制。逻辑低为正转。
/START(24):输入,启动、停止控制。逻辑低为启动。
MUX-IN(25):在独立工作模式的初始化阶段,该脚先是输出,用于指出PWM的极性是低电平有效,基本频率50Hz。然后又变成模拟输入,分时读入的电压确定了MC3PHAC工作的各种参数。
SPEED (26):在独立工作模式的初始化阶段,该脚先是输出,用于指出PWM的极性是高电平有效,基本频率50Hz。初始化结束后又变成模拟输入,读入的电压对应于电机转速。
ACCEL (27):在独立工作模式的初始化阶段,该脚先是输出,用于指出PWM的极性是低电平有效,基本频率60Hz。初始化结束后,又变成模拟输入,读入的电压对应于电机加减速时间。
DC-BUS(28):在独立工作模式的初始化阶段,该脚先是输出,用于指出PWM的极性高电平有效,基本频率60Hz。在工作时,变成模拟输入,以5.3KHz频率读取正比于直流母线电压的模拟电压。在独立工作模式中,3.85V(110%额定值)时芯片输出RBRAKE信号,而额定值定义为3.5V。
1.2 MC3PHAC的应用及工作说明

图1 MC3PHAC应用线路
MC3PHAC的一种应用线路见图1。上电复位后,系统进入初始化及运行状态,完成如下任务:
(1)采样VBOOST-MODE引脚,逻辑高表明芯片为独立工作模式,并继续下列工作。
(2)PWMPOL-BASFREQ引脚为输入, MUX-IN, SPEED, ACCEL, DC-BUS依此输出为低,并测PWMPOL-BASFREQ引脚电平。例如,在MUX-IN为低时测得该脚电平也为低,说明这两根线相连,应是PWM输出低有效,基本频率50Hz。如图1所示。若将SPEED与PWMPOL-BASFREQ相连,应是PWM输出高有效,基本频率50Hz。而ACCEL,DC-BUS与PWMPOL-BASFREQ分别相连,对应的是60Hz的情况。
(3)接下来,多输入引脚MUX-IN又变成模拟输入,PWMFREQ-RXD,RETRY-TXD,DT-FOULOT, VBOOST-MODE依此为低,MUX-IN上顺序出现的是上述引脚所接电阻与R1分别组成的电阻分压值,这些不同的电压值确定了相应的参数。
(4)PWMFREQ-RXD引脚为低时,确定PWM开关频率。当晶振频率是4MHz时,MUX-IN上的电压与频率关系如下:

点击看原图
在图1中,取R5=1K, (5V/(1+6.8))1=0.64V, ∴ f=5.291KHz。
(5)故障后重试时间的比例因子是12秒/V,时间范围是1-60秒。取RETRY-TXD引脚上的R4=8.2K,可推出故障后重试时间的间隔是32.8秒。
(6)DT-FAULOUT引脚为低时,确定死区时间。死区时间的比例因子是2.075μS/V,可推出DT-FAULOUT引脚上的R3=5.1K时, 死区时间约4.5μS。
(7)VBOOST-MODE输出为低时, 确定电机在低频时的定子电压补偿。这是指0Hz情况下提升的电压与额定电压的百分比,最大40%,对应的比例因子是8%/V。取R2=12K,可推出0Hz时补偿25.5%的额定电压。
(8)加速度确定。加(减)速度的比例因子是(25.6Hz/S)/V,可实时调节。但R7与R6之和应小于10K,常取R7=4.7K。由于本应用中不需较大的加速度,R6选用2K的电位器与3K电阻串联,最大加速度为51.2Hz/S。注意加、减速度是一致的。
(9)转速控制。转速控制的比例因子是25.6Hz/V,可实时调节,频率范围为1~128Hz。R8与R9之和小于10K,取R7=4.7K,R9也选用2K的电位器与3K电阻串联,实际调速范围为1~51.2Hz。MC3PHAC对转速的控制采用32位计算,分辨率可达4mHz。在独立工作模式中,对转速输入信号采用24位的数字滤波,加强了在噪声环境中转速的稳定性。
(10)在/START,/FWD引脚上外接开关用作起动/停止,正/反转控制。注意两引脚应有上拉电阻,避免不确定的电位。在每次起动时,MC3PHAC都先只向三相下桥臂的IGBT送出占空比50%的PWM波,时间100ms,使上桥臂的控制电路自举充电,得到控制电压。
(11)其他:逆变器的过流信号经光耦隔离后送入FAULTIN引脚。另外,由于本应用中加减速控制约为25Hz/秒,负载转动惯量不大,因此在减速过程中因回馈制动在直流母线侧电容上的电压升高较小,为简便起见,省去了28脚的直流母线监测及由IGBT和能耗电阻组成的直流能耗制动装置。因此,DC-BUS和RBRAKE两引脚均未用。
从上述说明可以看出,MC3PHAC是一个外部连接简单、功能全面的PWM智能控制芯片,它应是一个内部固化了控制程序,面向电机控制的微处理器。由于没有软件编程的要求,节省了开发成本。当然,读者也可用MCS51之类的单片机通过串行口与它相连,工作于微处理器控制模式,可对开关频率、死区时间、定子电压补偿等等作灵活设定,并增加键盘显示等功能。
MC3PHAC输出的SPWM波的基波是正弦波叠加了一个三次谐波,即马鞍型波,可比纯正弦波提高15%的电压,加大了输出转矩。
2 功率驱动与控制电源设计方案
在变频器的设计中,具有驱动及保护的智能功率模块(IPM)已成为首选。由Fairchild公司推出的小型双列直插运动控制智能功率模块(Motion-SPM in Mini-DIP,以下简称Motion-SPM)FSBS(B)系列(3A-30A /600V,适用电机0.3KW-2.2KW),相比原来的FSAM系列模块,体积小,保护功能更完善。它的3个上桥臂驱动电路,是采用自举电路充电得到控制电压,因此整个模块仅需一组15V电源。Motion-SPM的上下桥臂驱动电路都有欠压保护,下桥臂的IGBT还带有软关断的短路保护,通过改变外接的短路电阻,可以设定用户所需的故障电流保护值。Motion-SPM的PWM输入接口可直接与3.3V及5V的CMOS/TTL电平相连,高电平有效,这些口内部有下拉的3.3K电阻,确保无信号时为低电平。由于采用了HVIC技术,信号地可与功率地相连,免去光耦。但在本设计中,为考虑安全起见,仍采用光耦作强、弱电的隔离。选用Motion-SPM的考虑一是价格要比其他同类产品低,二是体积小,3A/600V至30A/600V的模块为同一封装形式,包括引脚在内的最大尺寸3244mm,接线也较简单。限于篇幅,详细情况读者可参考文献[2]。本文选用了FSBS15CH60(15A/600V)的模块,驱动0.75KW的交流电机。

图2 FSD200 单片开关电源电路
控制电源采用了Fairchild公司推出的小功率单片开关电源FSD200,它在230V15%时输出功率为7W,双列直插封装,价格低廉,外围线路十分简单。FSD200有这样一些显著特点:①开关频率能在4ms内从130KHz变到138KHz,这种将开关频率在一定波段内抖动的方法,可将谐波能量分散,有效抑制采用固定开关频率带来的高次谐波所产生的干扰。这不仅减少了EMI,而且可用低成本的电感来代替开关电源通常使用的进线滤波器。②不需反馈绕组。FSD200通过与直流母线相连的Vstr引脚,将外部高压送入内部的高压调节器Hvreg变到7V,作为芯片的控制电压,省去了反馈绕组。其他还有过负荷保护、过热关断、软起动、在待机状态时减少开关损耗的自举操作方式等,详细情况读者可参考文献[3]。
采用FSD200设计的变频器控制电源电路图参见图2,为单端反激式功率变换线路。4.7V的稳压管与线性光耦PC817组成了常见的隔离式反馈电路,光耦的输出直接与FSD200的反馈电压输入端Vfb相连,省去了反馈绕组。5V组的电压实际在5.1~5.2V。读者也可采用常用的TL431稳压管,电压调整率更好,线路稍复杂些。图2仍采用交流220V整流滤波,是为了在仅对控制部分调试时有5V及15V电源供给。正常工作时该部分也可省略,直接与逆变器的直流母线相连。
3 结论
本文通过优化设计,对小功率变频器的开发提出了一种性价比高的解决方案,简单易行,无需软件开发,硬件成本低。由该方案组成的小功率变频器在运行中被证明是可靠的。.


作者: kzw    时间: 2008-1-2 15:41

楼主的这种东西似乎不是要转到这个版上来吧。


作者: modaa    时间: 2008-9-20 20:36

图来?






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