单片DSP实现马达控制和PFC

作者：Texas Instruments 公司     来源：《电子产品世界》   
现在DSP（数字信号处理器）已从80年代几百美元降到3美元，而性能更加强大，集成有各种复杂的外设。使设计人员可用单片DSP实现马达控制。

DSP控制器概述
实现先进的马达驱动系统要求马达控制器提供如下性能：具有产生多路高频，高分辨率脉宽调制（PWM）波形的能力；实现需要最小转矩、在线参量和适应及提供精密速度控制的先进算法的快速处理；具有从同一控制器提供马达控制、功率因数校正（PFC）和通信装置的能力，能过降低元件数、简单板布局和容易制造使尽可能简单地实现完整方案；允许用改变软件代替重新设计一个独立平台，实现将来产品改进的灵活方案。
新型DSP是针对这些问题设计的。这些控制器具有DSP芯片的计算能力，片上还集成了有用的外设。这减少了系统元件数和板尺寸。

马达驱动用DSP
TI公司的TMS320C24X家庭包含存储器和外设。16位C24XDSP芯核具有30Mips处理能力。它内含闪存或只读存储器。片上大量闪存使设计人员可把程序码存储在片上，不需外部存储器。它的重新可编程性为产品开发和升级节省了时间和费用。
C24XDSP集成有事件管理器，它为驱动各种类型马达提供PWM输出和I/O性能。PWM静区产生单元保护功率晶体管，事件管理器提供两个输入做为正交脉冲编码器直接输入。
控制系统要求能感测电流、电压和湿度的各种变化，C24XDSP中的多通道10位A/D变换器（最小变换时间500ns)具有这种能力。外设可选择串行通信端口。
TI公司最新为数字控制应用推出的TMS320C28X400Mips处理能力，它与TMS320C24X源码兼容。

系统描述
多功能ac感应马达驱动可用TMS320F420做为控制器。
3相马达反相器用来自DSP的6个PWM输出，用片上提供的软件可编程静区单元产生静区。25齿链轮为DSP收集单元提供速度输入。
功率因数校正用升压拓扑结构方法实现。升压变换器的电源开关用DSP另外PWM通道控制。用简单的电压分压器和分流电路调理和输送不同的电压和电流到A/D变换器。
驱动用三个软件模块：用于马达控制的闭环间隔向量PWM（SVPWM）模块；改善系统输入功率因数的功率因数校正模块；串行通信模块。

SCPWM的实现
为了保证有效供给马达能量，采用正确的反相器开关转换方法是重要的。间隔向量脉冲宽度调制是开关转换方法的一种，它比简单和低效率的方法（如正弦PWM）具有确定无疑的好处。SVPWM具有较多的dc总线利用率和较低谐波铜损耗。对于一给定的dc线电压输出，SVPWM可使3扼杀马达功率输出比正弦PWM供电马达提高16%。
用间隔向量PWM实现的V/Hz控制系统框图示于图1。

功率因数校正
功率因数校正在世界市正在成为一个重要的产品特性，欧洲IEC和美国IEEE正在为限制离线设备中谐波电流制定标准。
很多新电子产品需要具有近似1的功率因数和无失真电流输入波形。一般ac/dc变换器用带电容器的二极管桥整流器从ac线电压汲取功率。采用整流器/电容器输入滤波器的离线设备中的输入电流波形是窄脉冲。因此，由于电流波形的离谐波失真使功率因数很坏。
升压拓扑结构用单一功率开关改善输入功率因数（见图2）。功率开关控制能量流。当开关导通时电流在升压电感器中聚集而二极管保持关断。当功率开关关断时，存储在电感中的能量通过二极管充电dc链路电容器。按照所希望的电压可控制电感器电流。对于功率因数校正，通常按照整泫电压控制电感器电流，而ac端电流与ac线电压相同。
升压变换器的大小远远小于任何远源滤波器。

结语

价廉DSP正在变为成本敏感应用的合适选择。这类控制器足够的带宽和片上外设能实现单征马达驱动的多功能要求。这些功能是：马达控制，功率因数校正和通信协议。