基于单片机的高性能三相变频电源

文章摘要：1 引 言 变频电源是一种电源变换设备，因具有输出波形纯正、输出电压稳定、输出频率和输出电压可调等优点。其良好的性能，在传感、仪器仪表、工业控制等领域有广泛应用。本文主要介绍利用SPMC75F2413A和IPM（PS21865A）实现高性能三相变频电源的开发。 2 芯片特性简介 SPMC752413A是μ’nSP™系列产品的一个新成员，是凌阳科技新推出的专用于变频驱动的16位微控制器。其拥有性能出色定时器和PWM信号发生器组。 SPMC75F2413A在4.5V~5.5V工作电压范围内的工作速度范围为0~24MHz，拥有2K字SRA

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1 引  言　　

       变频电源是一种电源变换设备，因具有输出波形纯正、输出电压稳定、输出频率和输出电压可调等优点。其良好的性能，在传感、仪器仪表、工业控制等领域有广泛应用。本文主要介绍利用SPMC75F2413A和IPM（PS21865A）实现高性能三相变频电源的开发。

       2 芯片特性简介　　

       SPMC752413A是μ’nSP™系列产品的一个新成员，是凌阳科技新推出的专用于变频驱动的16位微控制器。其拥有性能出色定时器和PWM信号发生器组。　　

       SPMC75F2413A在4.5V~5.5V工作电压范围内的工作速度范围为0~24MHz，拥有2K字SRAM和32K字闪存ROM；最多64个可编程的

多功能I/O端口；5个通用16位定时器/计数器（其中有二个电机驱动专用PWM波形发生器，二个位置侦测接口定时器），且每个定时器均有PWM发生的事件捕获功能；2个专用于定时可编程周期定时器；可编程看门狗；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换。在这些硬件外设的支持下SPMC75F2413A可以方便实现各种变频系统。SPMC75F2413A的特性如下：

 

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       3  系统总体方案介绍

       本高性能三相变频电源系统主要由凌阳16位单片机SPMC75F2413A、三凌的IPM功率模组芯片PS21865A组成，系统框图如图 3-1。

                                                             图 3-1系统框图

       这个系统的功能：

       (1) 系统运行参数可调化，以适应不同应用的需要调整系统的输出频率和输出电压；

       (2) 拥有实时的信息和状态显示，主要用于当前系统的状态信息显示和人机接口的一部分；

       (3) 带有系统参数设置和控制用的键盘；

       (4) 完备的系统保护功能，在系统异常时保护系统不受损坏；

       系统工作流程：

       SPMC75F2413A接收根据设置来自键盘或是通信接口的控制信息产生相应的SPWM驱动信号，信号经PS21865A功率变换后、输出滤波和输出变压器后输出。同时SPMC75F2413A会随时监视系统的运行，保证输出正常，一旦出现异常便会立即保护，同时报警，以提醒用户进行处理。

       4 系统硬件设计

       整个系统的核心电路是波形合成电路，其结构和性能决定了整个系统的性能。本系统的波形合成电路使用SPMC75F2413A、功率模组PS21865A、输出变压器和输出滤波电路几部分组成。其中PS21865A内部是一个三相的功率桥和相应驱动电路，用于实现SVPWM信号的功率放大功能；输出变压器和输出滤波电路则主要用于将PS21865A输出功率SVPWM信号变换为正弦输出，并滤除其高次谐波，保证输出波形的纯正；而SPMC75F2413A 单片机的主要作用则是：1. 产生驱动变频电源所需的SVPWM信号。2. 完成人机交互，方便用户对系统的控制。3. 处理相关的异常信息，确保系统的安全可靠。 SPMC75F2413A产生的三相互补的SVPWM信号经由芯片的IOB0~5输出，控制PS21865A的三相全桥电路，信号经功率合成、低通滤波和三相输出变压器后输出给负载。同时，系统的工作电流和输出电压均会反馈给SPMC75F2413A，供给系统控制使用。SPMC75F2413A的IOB6和IOB7是错误侦测和过载保护输入端，通过对其传回信号的检测，一旦PS21865A出现工作异常（如过压、欠压、过流、过热）和系统过载，驱动硬件会立即禁止PS21865A工作，同时申请中断，请求CPU处理。

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