- 探究ADMC331在全數字化逆變電源中的應用
- 學(xué)習 模數（A/D）轉換接口電路
- 采用GAL來(lái)對主電路傳送來(lái)的故障信號進(jìn)行封鎖
- 采用高性能嵌入式DSP電機控制器ADMC331設計
1 引言
隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，逆變電源越來(lái)越廣泛地被應用于通信、軍事、航空、航天等領(lǐng)域。傳統的逆變電源多為模擬控制或者模擬與數字相結合的控制系統，其可靠性差、結構復雜、成本偏高且不利于產(chǎn)品更新?lián)Q代?，F代的逆變電源正朝著(zhù)全數字化、智能化及網(wǎng)絡(luò )化的方向發(fā)展。隨著(zhù)高性能的數字信號處理器（DSP）的出現，逆變電源全數字化的實(shí)現已經(jīng)成為可能。本文在對ADMC331進(jìn)行詳細分析的基礎上，介紹了ADMC331控制器在全數字化逆變電源中的具體應用。
2 ADMC331的結構特點(diǎn)
ADMC331是美國模擬器件公司（ADI）推出的基于DSP技術(shù)的電機控制器，它在內部集成了一個(gè)26MIPS（每秒百萬(wàn)條指令）的定點(diǎn)數字信號處理器內核，同時(shí)內部還包括整套電機控制外圍線(xiàn)路，從而為用戶(hù)快速、高效地開(kāi)發(fā)電機控制器創(chuàng )造了十分有利的條件。ADMC331的功能框圖如圖1所示，其主要特性如下：
●采用16位定點(diǎn)ADSP—2171作為內核，與ADSP－2100數字信號處理系列的代碼完全兼容；它具有三個(gè)獨立的全功能計算單元，即：一個(gè)16位算術(shù)/邏輯單元（ALU）、一個(gè)32位乘法累加器（MAC）和一個(gè)32位桶形移位器（SHIFTER）；同時(shí)具有兩個(gè)獨立的數據地址發(fā)生器（DAGs）和一個(gè)強大的程序時(shí)序器。由于該器件的體系結構為并行結構，因而可加快程序的執行。
●單周期指令執行時(shí)間為38.5ns（外接13MHz晶振），可實(shí)現：產(chǎn)生下一個(gè)程序地址、取下一條指令、執行一個(gè)或兩個(gè)數據移動(dòng)操作、更新一個(gè)或兩個(gè)數據地址指針、執行一個(gè)計算操作等功能。
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●內置有2k×24位程序存儲器ROM，2k×24位程序存儲器RAM和1k×16位數據存儲器RAM。
●具有一個(gè)三相16位基于中點(diǎn)的脈寬調制（PWM）發(fā)生器，能夠靈活編程產(chǎn)生具有處理器最小開(kāi)銷(xiāo)的高精度PWM信號。
●帶有2路8位輔助脈寬調制（AUXPWM）通道，頻率可編程。
●具有七路Σ－Δ型A/D變換通道，最高分辨率為12位，最大采樣頻率可達32.5kHz。
●具有24個(gè)可編程數字輸入輸出（PIO）口，可單獨設置成輸入或輸出，支持狀態(tài)變化中斷。
●提供了2個(gè)雙緩沖同步串行口（SPORT0，SPORT1），可完成串行通訊和多處理器間的通信。
●帶有實(shí)時(shí)中斷的16位看門(mén)狗定時(shí)器。
●內部程序存儲器ROM固化了一些實(shí)用程序，方便了系統的程序設計，減少了數字控制系統的程序計算時(shí)間。
3 應用舉例
用ADMC331構成全數字化逆變電源的結構圖如圖2所示。
3.1 PWM信號的形成
一般的全數字化逆變電源必須產(chǎn)生4路精確的PWM定時(shí)信號以驅動(dòng)IGBT逆變橋，與此同時(shí)，驅動(dòng)每對功率管的PWM信號必須有一段的導通延時(shí)，以防止上下橋臂功率開(kāi)關(guān)同時(shí)導通毀壞系統。PWM信號的產(chǎn)生是由ADMC331內的PWM控制器來(lái)完成的，而ADMC331中PWM發(fā)生單元的靈活性和可編程性完全能夠滿(mǎn)足不同方式的數字PWM的方法的要求。圖3為ADMC331三相PWM控制器的功能框圖。
ADMC331的PWM單元是建立在一個(gè)獨立的三相定時(shí)器基礎上，它可由三個(gè)確定的周期寄存器來(lái)控制，每個(gè)周期寄存器控制一對PWM輸出?？刂扑璧?DSP程序可根據應用場(chǎng)合的要求以及所需要的PWM方案來(lái)編制。圖中PWMPOL可依據門(mén)極驅動(dòng)電路的邏輯和結構來(lái)選擇PWM輸出的極性，輸出的每一路 PWM信號都能通過(guò)獨立的使能寄存器PWMSEG來(lái)決定輸出使能或禁止。PWMTRIP是硬件保護電路，當這個(gè)引腳為低電平時(shí)，整個(gè)系統被無(wú)條件復位以對整個(gè)電路進(jìn)行保護。此外還有時(shí)鐘輸出信號CLKOUT和PWM的同步信號PWMSYNC等。
3.2 模數（A/D）轉換接口電路
ADMC331內的A/D轉換器由7個(gè)模擬輸入通道和比較器等電路組成，數據轉換是通過(guò)判斷模擬輸入量與片內高穩定度鋸齒波的交點(diǎn)來(lái)實(shí)現的?？紤]到A/D 轉換器能接受的電平范圍為0～＋5V，因此必須將電壓互感器檢測的電壓和電流傳感器檢測的電流（轉換為電壓量）按照一定比例轉換到這個(gè)范圍內。輸出電壓和電流檢測接口電路分別如圖4和圖5所示，這部分電路的輸入阻抗應比較大，以盡量減少對設備信號的影響，并且輸出阻抗應同A/D轉換器的輸入阻抗相匹配。
3.3 保護措施
為了保證IGBT模塊的正常安全運行，防止異?，F象造成器件損壞和系統崩潰，一定要有完善的保護措施。全數字化逆變電源保護電路采用一片GAL芯片來(lái)對主電路傳送來(lái)的系統過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、異常等故障信號進(jìn)行封鎖。當出現任何一種上述故障時(shí)，保護電路產(chǎn)生的信號可通過(guò)硬件方式直接封鎖逆變橋驅動(dòng)信號的輸出，這樣既保證了系統對故障響應的快速性和可靠性，同時(shí)保護信號也可通過(guò)數字PIO口送入ADMC331以供軟件查詢(xún)，并由此判斷系統是否有故障產(chǎn)生以及故障的類(lèi)型，以便系統能夠提供相應的故障處理程序和報警顯示。
另外，ADMC331還外接了一個(gè)存儲有程序執行指令機器碼的E2PROM，這些指令可在上電后通過(guò)串行口程序自行導入，并且采用MAX232芯片作為T(mén)TL與RS232的電平轉換，以實(shí)現ADMC331與外界的通訊。
4 結束語(yǔ)
隨著(zhù)對綠色家用電器要求的不斷增強，開(kāi)發(fā)環(huán)保無(wú)污染的電源已是當務(wù)之急。采用高性能嵌入式DSP電機控制器ADMC331設計的綠色環(huán)保逆變電源，可以實(shí)現真正意義上的全數字化控制，它不僅提高了控制電路的集成度，更重要的是提高了控制電路乃至整個(gè)系統的可靠性和可塑性。
