电路图如下:
 
 
X1_IN 端子外部和 COM 端由开关相连。+12V 电源的地端是 COM 端,用于外部端子供电,GND 是+5V 的地端,是 DSP 内部电源。端子和 DSP 之间通过光藕隔离。74HC14 用 3.3V 供电,信号 X1 直接送到 DSP 的 IO 口。
 
Y 端子 OC 输出
电路图如下:
 
 
Y 端子的 OC 输出也采用了光耦隔离,CPU 低电平开通。
 
Y 端子模拟输出
电路图如下:
 
 
 
 
模拟输出采用 PWM 方式,DSP 输出一定占空比的脉冲,经滤波后得到模拟电压,模拟电压通过稳压电压转换成模拟电流输出。
如图,Y1 是 DSP 的 PWM7 引脚输出的 3.3V 脉冲信号,74HC14 用 3.3V 供电,输出 3.3V 脉冲,经二级滤波后输出与占空比成比例的直流电压 Vd。Vd 经放大后得到 Y1_10V,放大倍数为 4 倍,即:Y1_10V=4Vd。
 
因此,若 Y1_10V 最大输出为 10V,Vd 的最大输出为 2.5V,DSP 程序中 Y1 端子的 PWM 脉冲占空比 2.5/3.3=75.7%时,对应 10V 输出。但实际上由于滤波环节存在压降,实际 Y1 处的电压要高于 2.5V,实测为 2.94V。这样达到的输出电压 Y1_10V 为准确的 10V。
 
程序中模拟输出的 PWM 周期是 200us,8000 个时钟周期,占空比 100%输出 3.3V,输出 2.94V 对应的占空比为 89.1%,7128 个时钟周期。按比例改变占空比,即可输出 0~10V 的电压(图中三极管起扩流的作用)。
 
模拟电流 / 电压输入
模拟量有电压给定和电流给定,在硬件电路部分,系统提供了 0~10V 的电压输入和 0~20mA 的电流输入接口端子;在软件部分,由功能组 F3 可以任意指定最大最小模拟量对应的频率以及模拟量的正负极性。例如,如果输入是 0~5V 的信号,只需要将 F301(主给定为 100%时的模拟量)设置为 5.00 即可,这样会损失一半的精度,但简化了电路接口。
 
模拟电流输出电路图如下:
 
 
 
 
系统接收最大 20mA 的模拟输入电流。理论上,F2407A 的 AD 最大可接收 3.3V 的模拟电压,为了留点余量,20mA 对应的电压取值为 3.14V,程序中对应的 10bitAD 值为:
 
1024×3.14/3.3=974
 
模拟电压输入电路图如下:
 
 
 
如图,0~10V 电压信号 VR1 经 1/3 的分压后经过跟随器得到 0~3.14V 的信号 VR1_A,直接送入 DSP 的 AD 口。同样 0~20mA 的电流输入也转换成 0~3.14V 的电压信号送入 DSP 的 AD 口。各路的处理方法是相同的。
 
以 VR1 为例,程序中,AD 转换结果右移 1 位存入 ADVR1_X。VR1 为最大值 10V 时,10 位 AD 转换结果为 F380H,右移 1 位,ADVR1_X=79C0H,即输入 10V 对应的数字值为 79C0H,定标 Q15。ADVR1_X 经低通滤波后得到 ADVR1_Y_H,不改变定标。
 
 
 
以左图为例,滤波后的值 ADVR1_Y_H 右移 5 位后理论上最大值为 974,对应 10.00V 的模拟输入电压。程序中模拟输入电压的定标为×100,即数值上 10V 用 1000 表示,考虑到 AD 通道的误差,程序进行了简化处理,即认为 AD 值最大为 1000,即 AD 值 1000 对应 100%模拟输入电压 10.00V,AD 值和模拟电压值在数值上是相等的。
 
输出电流采样
电路图如下:
 
 
 
当输入额定电流 15A 时霍尔输出为 4V 的电压,R60 用于校正。额定电流的有效值对应的是 0.5V 电流 AD 电压。DSP 能接收的 AD 电压是 0~3.3V,所以电路上对电流 AD 电压进行了 1 个 3.3V/2 的正偏,将 -3.3V~3.3V 转换成 0~3.3V,使 0~3.3V 对应采样电流的峰峰值,1.65V 对应的是电流的零点,程序中对电流采样的 AD 值进行了 1 个 1.65V 的负偏,减去 1.65V 对应的 AD 值,可以将电流波形还原。

 

 
额定电流峰值对应的 AD 值为 0.5×1.41421=0.707V;
 
因此电流测量范围是是 3.3/2/0.707=2.33 倍额定电流;
 
实际中 R60 用于调整,使变频器输出额定电流时 CURR_U 为 1V(后面经过了 1/2 的分压)。例如,对 2.2kW 的变频器,额定输出电流有效值为 5.5A,霍尔输出 1.466V,此时对应 CURR_U=1V,送入 AD 的电压是 0.5V。
 
5.5/15*4(2.2//R60)/(1+ 2.2//R60) =1 
 
可以算得 R60//2.2=2.14k,R60=82k
 
额定电流峰值 IM 对应的 AD 值为 512*0.707/1.65=155,DBH,放在高 10 位即为 36C0H(14016)。
 
将相电流 Iu,Iv 额定值幅值的定标选为 Q13,2000H 对应额定电流的幅值,需要乘以 1 个系数 2000H/36C0H=0.584。
 
模拟信号的隔离
下图的外部模拟电流和模拟电压输入电路中,输入信号和 DSP 控制部分的供电电源是共地的,未经隔离,在外部干扰严重的情况下,模拟输入信号有可能对控制电路造成干扰,因此在需要增加抗干扰能力的情况下,模拟输入信号最好跟 X 端子数字输入信号一样,利用光耦进行隔离。
 
 
 
0~10V 的模拟电压输入信号经运放 U15B 差动放大后与 555 输出的脉冲信号比较,由比较器 TLC393 将模拟信号转换为占空比可变的脉冲信号,脉冲信号由光耦 PC817 隔离输出后经二次滤波得到 0~3.3V 的模拟信号,送入 DSP 的 AD 口。这种隔离适用于对速度要求不高的直流信号的隔离。
 
键盘显示
输入电路图如下:
 
 
显示输出电路图如下:
 
 
键盘输入和显示输出利用了 SPI 接口。数码管的显示采用了动态扫描的方式,逐个显示,但由于扫描时间短,人眼不会感觉得到时间差异。

 

 
595 是带锁存的 8 位串口输入,8 位串 / 并口输出的 SPI 集成块。首先在每个 SRCLK 的上跳沿将 8bit 数据从串口输入引脚 SER 移入 8 位移位寄存器,在锁存时钟 RCLK 的上跳沿将数据送入输出并口。第 9 脚 SQH 是串口移位寄存器的移位输出,比串口输入落后 8 个时钟周期。
 
165 是 8 位并行输入串行移位输出寄存器。8 位并口用于接收键盘输入,然后通过串行口引脚 QH 送回 DSP。
 
 
SCI 接口
电路图如下:
 
 
75176 是差分收发器。未接收数据时,75176 的 R 是高电平。
 
温度检测
模块内置有温度传感器,其阻值 Rx 随温度 T 变化:
 
 
式中 R25 是 25 度时的阻值,B 是一个系数(我们称之为 B 值),
 
大家可以去了解一下热敏电阻。
 
电路图如下:
 
 
 
如图是温度检测电路,TC1 点的电压随温度升高而降低,温度与 AD 值关系为:
 
IF      AD>370,T=(770-AD)/8+20
 
ELSE  T=(370-AD)/5.5+70
 
3.3V 电源
 
电路图如下:
 
 
 
如图,稳压源 431 输出是 2.5V,运放 IC2A 的放大倍数是(R39+R33//R34)/R33//R34=(1+3.16)/3.16 = 1.3167,因此运放输出电压是 2.5V×1.3167=3.29V。LM358 的电流输出能力是 50mA,三极管 BCX56 的额定电流是 1A,其作用是扩流,增强电流输出能力。
图中运放需要 24V 供电电压,稳压管 431 需要 5V 电压,这两个电压直接取自开关电源。
 
关于控制电路部分,主要还是数模电转换之间的拉扯,以上便是我们今天索要聊的内容。下一篇我们继续这部分,讲讲变频器中主回路开关器件的驱动和保护。
今天的内容希望你们能够喜欢~