基于SPMC75F2413A單片機(jī)的變頻系統(tǒng)介紹

本文主要介紹利用SPMC75F2413A單片機(jī)構(gòu)成DC變頻空調(diào)控制方案。DC變頻空調(diào)控制器工作機(jī)理，重點(diǎn)介紹SPMC75F2413A 在DC變頻空調(diào)器中的使用方法。
關(guān)鍵詞：SPMC75F2413A、PS21865A、模糊控制、凌陽單片機(jī)

1 引言
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，空調(diào)器已廣泛應(yīng)用于社會的各種場合，直流變頻空調(diào)器因具有節(jié)能、低噪、恒溫控制、全天候運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動低頻補(bǔ)償、快速達(dá)到設(shè)定溫度等性能，使空調(diào)的舒適性大大提高，將越來越受到人們的喜愛。單片機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，直流變頻技術(shù)及模糊控制技術(shù)在空調(diào)器嵌入式控制領(lǐng)域的成功應(yīng)用，半導(dǎo)體功率器件的迅速發(fā)展為直流變頻控制的推廣提供了技術(shù)保障。
本設(shè)計(jì)方案的DC變頻空調(diào)控制器由室內(nèi)機(jī)控制器、室外機(jī)控制器兩部分組成?；赟PMC75F2413A 的優(yōu)越性能，用其設(shè)計(jì)室外機(jī)DC變頻控制器，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化、智能化特點(diǎn)，控制參數(shù)采用開放式結(jié)構(gòu)，便于與各種壓縮機(jī)聯(lián)結(jié)，從而能夠在最短的時(shí)間內(nèi)根據(jù)不同廠家的要求進(jìn)行產(chǎn)品的升級換代。以這種方式，產(chǎn)品可以更快地推向市場，獲得時(shí)間上的競爭優(yōu)勢。本控制器含有以下關(guān)鍵技術(shù)：
1、模糊控制技術(shù)：依據(jù)室內(nèi)環(huán)溫、管溫，室外環(huán)溫、管溫、壓縮機(jī)排氣溫度、壓縮機(jī)過載保護(hù)溫度、壓縮機(jī)電流等參數(shù)建立模糊邏輯關(guān)系，控制壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、室外風(fēng)機(jī)及其它負(fù)載運(yùn)行；
2、基于反電勢位置偵測的BLDC驅(qū)動技術(shù);
3、模塊控制保護(hù)電路：當(dāng)模塊有保護(hù)信號輸出時(shí)，通過硬件電路斷開PWM 模塊輸出控制信號，以達(dá)到保護(hù)模塊的效果，并且可靠的給單片機(jī)模塊保護(hù)信號；
4、EMC 及可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)：在掌握空調(diào)的干擾機(jī)理的前提下，硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：電源電路設(shè)計(jì)、濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)、印制板地線及信號線設(shè)計(jì)，并且軟件采用容錯技術(shù)。

2芯片特性簡介
本系統(tǒng)是基于智能功率模組芯片和SPMC75F2413A實(shí)現(xiàn)DC變頻器方案，下面介紹SPMC75F2413A的特性。
SPMC75F2413A 是μ’nSP?系列產(chǎn)品的一個新成員，是凌陽科技新推出的一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與其它μ’nSP?產(chǎn)品不同的是，SPMC75F2413A主要應(yīng)用在工控或是家電的變頻驅(qū)動領(lǐng)域。由于其擁有出色性能定時(shí)器PWM信號發(fā)生器組。因此，SPMC75F2413A可以方便的實(shí)現(xiàn)各種電機(jī)驅(qū)動方案。
SPMC75F2413A在4.5V～5.5V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為12～24MHz，擁有2K字SRAM和32K字閃存ROM；64個可編程的多功能I/O端口；5個通用16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，且每個定時(shí)器均有PWM發(fā)生的事件捕獲功能；2個專用于定時(shí)可編程周期定時(shí)器；可編程看門狗；低電壓復(fù)位/監(jiān)測功能；8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換。SPMC75F2413A在電機(jī)控制領(lǐng)域有相當(dāng)優(yōu)秀的表現(xiàn)。
特性包括：
◆ 凌陽16位μ’nSP?處理器(ISA 1.2)
◆ 工作電壓：
內(nèi)核：4.5V～5.5V
◆ 最高運(yùn)行速度：24MHz
◆ 工作溫度： -40 ℃～85 ℃
◆ 芯片內(nèi)存儲器：
32KW (32K×16) Flash
2KW (2K×16) SRAM
◆ 基于時(shí)鐘發(fā)生模塊的鎖相環(huán)電路
◆ 看門狗定時(shí)器
◆ 10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
8通道輸入
10us (100kHz)轉(zhuǎn)換時(shí)間
◆ 串行通訊接口
通用異步串行通訊接口(UART)
標(biāo)準(zhǔn)外圍接口(SPI)
◆ 總計(jì)64個通用輸入輸出管腳
◆ 電源管理
2種低功耗模式：Wait/Standby
每個外設(shè)都可以獨(dú)立的供電
◆ 兩個比較匹配定時(shí)器
◆ 5個16位通用定時(shí)器
2個用于脈寬調(diào)制
2個用于速度捕獲
1個用于速度反饋環(huán)。
◆ 中心(center)或邊沿(edge)脈寬調(diào)制輸出
◆ 通過外部錯誤保護(hù)管腳進(jìn)行脈寬調(diào)制輸出保護(hù)
◆ 可編程的死區(qū)控制(Dead time control)
◆ 脈寬調(diào)制服務(wù)和錯誤中斷發(fā)生
◆ 具備驅(qū)動交流感應(yīng)電機(jī)和直流無刷電機(jī)的能力
◆ 內(nèi)嵌在線仿真功能

3系統(tǒng)總體方案介紹
本DC變頻空調(diào)系統(tǒng)分室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)和室外機(jī)系統(tǒng)兩部分，其中室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)主要是系統(tǒng)一些邏輯狀態(tài)信息的處理，而室外機(jī)系統(tǒng)主要是DC壓縮機(jī)的變頻驅(qū)動部分。在本系統(tǒng)方案中室內(nèi)機(jī)選用的是SPMC701FM0A實(shí)現(xiàn)的，SPMC75F2413A主要是應(yīng)用在BLDC變頻驅(qū)動部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。

圖 3-1 DC變頻空調(diào)系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)的基本工作過程：
室外機(jī)的主控MCU（SPMC75F2413A）隨時(shí)接收來自室內(nèi)機(jī)的控制和狀態(tài)信息，從而去控制室外的風(fēng)機(jī)、四通閥和壓縮機(jī)，完成相應(yīng)的控制功能。同時(shí)還會將室外機(jī)的一些狀態(tài)和室外的一些溫度信息傳回室內(nèi)機(jī)。室內(nèi)機(jī)則根據(jù)室外機(jī)返回的參數(shù)和室內(nèi)機(jī)本身的一些工作狀態(tài)和溫度信息對整個空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
整個系統(tǒng)由室內(nèi)機(jī)系統(tǒng)和室外機(jī)系統(tǒng)兩部分組成。下面主要介紹室外內(nèi)系統(tǒng)。
4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
室外機(jī)系統(tǒng)主要由IPM功率驅(qū)動模塊、反電勢位置偵測電路、開關(guān)電源、室外風(fēng)機(jī)驅(qū)動、由SPMC75F2413A構(gòu)成的MCU子系統(tǒng)和Power Line通信電路等模塊構(gòu)成。室外機(jī)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)如圖 4-1所示。

圖 4-1 室外機(jī)系統(tǒng)框圖

4.2 MCU控制電路
圖4-2 為MCU 控制電路，此部分的電路主要是以SPMC75F2413A 微控制器為主，CON5 連接在線調(diào)試、仿真器ICE。MCU控制電路是整個室外機(jī)系統(tǒng)的控制核心，室外機(jī)的所有外設(shè)均在其協(xié)調(diào)控制下工作。

圖4-2 MCU 控制電路

4.3 電源電路
圖4-3為EMI電源濾波電路與軟啟動電路，AC 電源輸入接頭為CON1、CON3和CON5，電壓為220VAC，電源輸入端通過突波吸收器ZNR3 以避免過大的電壓突波損壞器件，L1、C2、C1、C5和C3組成EMI濾波電路，濾除電路中的電磁干擾；RL1、RT2和D1構(gòu)成軟起動電路，防止電路上電時(shí)的大電流沖擊。

圖4-3 EMI 電源濾波器