摘要：介紹了一種以C504專用芯片和智能功率模塊IPM為基礎(chǔ)的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率在0～60Hz和載波頻率在500Hz～10kHz之間變化，有數(shù)條V/F曲線、啟動(dòng)時(shí)間、載波比和調(diào)制方式等選擇功能，并具有多種保護(hù)功能和人機(jī)對話功能，對參數(shù)可隨時(shí)調(diào)節(jié)。

    關(guān)鍵詞：C504芯片 SPWM 變頻調(diào)速 捕捉/比較單元（CCU）

隨著變頻調(diào)速應(yīng)用的日益廣泛，相關(guān)技術(shù)的日益成熟，人們不僅對變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能要求越來越高，而且對控制芯片的功能要求越來越多，對功能開關(guān)元件的智能化要求越來越高，以滿足生產(chǎn)的需求并適應(yīng)不同的工作環(huán)境。為此，本文介紹了一種主電路采用智能模塊IPM，控制芯片采用西門子公司生產(chǎn)的電機(jī)專用芯片C504的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)。

1 控制芯片C504的介紹

C504芯片是德國西門子公司在8051單片機(jī)基礎(chǔ)上推出的，專用于變頻器控制、低功耗、多功能、大容量的8位單片機(jī)。它包括一個(gè)8位CPU，256字節(jié)RAM，16KBROM，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)專用于產(chǎn)生PWM信號的16位捕捉/比較單元，一個(gè)10位定時(shí)比較單元，四個(gè)8位I/O接口（其中包括8路模擬輸入和6路PWM輸出），一個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器，一個(gè)15位看門狗定時(shí)單元和RC振蕩器看門狗電路，兩級共12個(gè)中斷源，最大操作頻率達(dá)40MHz。捕捉/比較單元CCU是C504獨(dú)具有優(yōu)點(diǎn)，這一設(shè)置大大簡化了用于產(chǎn)生PWM波形的控制軟件和外部硬件。系統(tǒng)一旦運(yùn)行，可以產(chǎn)生獨(dú)立的三相6路PWM波或SPWM波，只有在改變PWM波的占空比和周期時(shí)才受CPU的控制，還可以通過編程選擇不同的PWM控制方式，實(shí)現(xiàn)在線編程控制。

2 系統(tǒng)的硬件與功能概述

變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它主要由逆變器主電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)及各種檢測保護(hù)電路組成。

2.1 主電路

主電路采用的是交-直-交電壓源結(jié)構(gòu)，其中整流橋與逆變橋都是模塊形式，選取智能功率模塊IPM-PM15CSJO7O作為主開關(guān)管（適用于1kW，5A的電動(dòng)機(jī)）。它具有高速、低功耗、過電流、短路、欠壓、過熱保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)元件的自保護(hù)；驅(qū)動(dòng)電路集成于IPM之中，實(shí)現(xiàn)控制基板與功率基板分離，切斷來自功率系統(tǒng)的干擾；高度集成，減小配線電感；內(nèi)設(shè)干擾濾波器，防止元件誤工作，提高元件工作的可靠性，提高主電路的抗干擾能力。

2.2 保護(hù)電路及抗干擾措施

系統(tǒng)中除了IPM的自保護(hù)功能外，還設(shè)計(jì)有電源欠壓、過壓、過載的極限保護(hù)電路，經(jīng)過檢測、比較、光電隔離等環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)對欠壓、過壓、過戴的保護(hù)。所有保護(hù)都經(jīng)與門送到C504的CTRAP端，同時(shí)送到鎖存器保存，以備顯示和檢查。若發(fā)生故障，使CTRAP為低電平，通過控制CCU的初始化寄存器，使端口控制邏輯處于封鎖狀態(tài)，無PWM信號輸出，逆變器停止工作；然后，再通過CCU的控制寄存器CTCON的狀態(tài)字，使接受中斷，保存原始狀態(tài)進(jìn)入硬件復(fù)位，進(jìn)行故障判斷和故障代碼顯示，以便維修。

另外，在C504內(nèi)部由于有一個(gè)15位看門狗定時(shí)單元和RC振蕩器看門狗電路，分別對軟件和晶振源頻率進(jìn)行監(jiān)控，若發(fā)生程序跑飛和死機(jī)現(xiàn)象，通過15位定時(shí)器控制，CPU自動(dòng)轉(zhuǎn)入復(fù)位狀態(tài)和休閑狀態(tài)等待；若晶振源頻率低于RC振蕩器的頻率，通過RC振蕩器看門狗電路控制，使CPU自動(dòng)轉(zhuǎn)入復(fù)位狀態(tài)和休閑狀態(tài)等待；防止數(shù)據(jù)丟失和CPU非正常運(yùn)行，提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.3 硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選用28F256芯片對外部程序存儲器進(jìn)行擴(kuò)展，使片外存儲容量達(dá)到了32K；由于采用了FLASH技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速在線修改。為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，采用8279實(shí)現(xiàn)可編程并行I/O口的擴(kuò)展，設(shè)