ADMCF328在变频空调中的应用

作者：家电科技 李强 松刚

欢迎访问e展厅 展厅 3 空调/风扇/热水器展厅 空调, 风扇, 电热器, 空气净化器, 加湿器, ... 1 引言 余所周知，无刷直流电机有着效率高、噪声低、调速范围宽、良好的调速性能等交流异步电机无法比拟的优点，使得无刷直流压缩机成为节能的一个重要发展方向；另一方面，由于目前空调行业竞争激烈，品质及成本成为了关键的问题，由于BLDCM控制器功能强大、可靠性高、成本低廉，我们将基于ADMCF328的BLDCM控制系统，在变频空调的室外机中进行了应用，经过反复实验及深入研究，目前已做出了样机。 2 ADMCF328简介及系统电路框图 ADMCF328是美国AD公司推出的低成本嵌入式专用电机控制芯片（由于许多文章都有专门介绍，在此只对它作一简略介绍）。它拥有20MIPS的DSP内核和三相六路专用的PWM发生器的结构，使得在完成复杂计算的同时实现对无刷直流电动机的有效控制，内部集成的ADC、9路I/O口等功能也使得其对付外围控制绰绰有余。另外，近似于C语言的编程，提高了程序的可读性和开发效率，大大缩短了开发周期。采用ADM-CF328的变频空调室外控制框图如图1所示。 2.1 逆变电路 对于这部分电路，出于可靠性方面的考虑，目前国内大部分的变频空调采用IPM智能功率模块来实现，在些方案中，我们选用应用比较广的三菱四电源模块PM20CTM060，该模块内部集成了IGBT功率器件及其驱动、保护电路。方便与DSP进行边接，简单而可靠地实现了功率的逆变。 2.2 位置检测电路 对于无刷直流控制系统而言，位置检测电路是关键的一环。目前，无刷直流电机位置检测方法有许多种，例如反电动势法、电流法、扩展卡尔曼滤波法等等（参见参考文献2），本文采用通过间接测量端电压而得到位置信号的方法（电路见图2），虽然这种方法需要一定的硬件电路支持，但是编程相对简单，且可靠性高，即使变频空调在各种恶劣环境下的运行也能起到良好的控制作用。压缩机三相电压经分压及滤波电路后送入比较器LM339，与三相叠加后的参考电压进行比较，输出的波形经光耦隔离及滤波处理后就是我们所需要的各相反电动势过零点信号，对应于电机转子的关键位置，此三路信号输入到ADMCF328，由程序通过判断信号的上升及下降沿从而确定各路桥臂的导通顺序并发妯相应的控制信号。在实际应用中，应特别注意高频干扰的滤除及各相电阻、电容参数的选取，并力求保证三相参数的一致，选择不当容易造成压缩机换相失败。（见图2） 2.3 其它电路 变频空调室外电路还包括室外环境温度及冷凝器温度传感器检测电路、电流及电压采样检测电路、室内外通讯电路、外风机及四通阀的驱动、电源电路等，由于这些外围电路与交流变频是路无异，各个变频电控厂家均有自己成熟的硬件电路。 3 应用程序及控制策略 3.1 起动方式 我们采用目前比较成熟的三段预定位起动方式，压缩机经过强制换相起动（初始定位）—强制换相加速（外同步加速）一切换到正常运行（自同步控制）三个步骤完成起动过程。在起动的过程中要特别注意起动步数、起动占空比的控制及切换时间的掌握，因为这是决定能否顺利平稳起动的关键。 3.2 换相控制 由于采用电容滤波的方式检测电动机的反电动势，这必然会引起位置信号的移相，要特别注意检测到的位置信号与需要换相信号的关系，由于电容的移相，芯片检测到的反电动热实际上延迟了约90度电角度。这样，此次所检测到位置信号是为下个换相信号提供基准。另外由于电容移相的原因，在压缩机运行在高频段时，必须在程序中进行修正，否则，会引起换相错误或导致压缩机转矩脉动，使得压缩机噪声及电流增大，不能平稳运行。 3.3 速度的检测及控制 从压缩机的位置信号中，不仅可以得出转子位置信息，还可以得出压缩机的速度信息，从而构成速度的闭环控制。ADM-CF328中没有专门的捕获功能，所以，速度的测量需由软件来完成。为达到良好的速度控制特性，我们采用了PI控制器，利用ADMCF328内部的DAG硬件结构并参考相应的PI控制算法，可以在很短的时间内计算出所需的PWM占空比，从而实现了对压缩机的转速控制。 3.4 主体应用程序 主体应用程序分为主程序和PWMSYNC中断程序两个部分，压缩机驱动控制及外围各种功能程序都包含在其中。在实际应用中，有以下两点值得注意： ①设置PWMSYNC中断时，考虑到室内外的异步通讯需要用软件进行处理，在选择PWM频率时，与软件通讯相统一（实际通讯为600BPS，取PWM为4.8KHz）。这样一方面充分利用了芯片资源，另一方面也大大提高了系统可靠性。 ②IPM的故障检测端可直接与ADMCF328的PWMTRIP管脚相连，当IPM出现短路、过流、过、欠压等故障时芯片可以自动封锁六路PWM输出，从而保护了IPM模块。但在实际应用中，由于线路干扰的存在，PWMTRIP的管脚显得过于灵敏，在一些强干扰的环境中很容易产生保护。解决这个问题的方法是在PWM的同步中断中，用查询的方式检测故障输入芯片管脚，并进行软件滤波，从而起到很好的抗干扰作用。 4 实验结果 以SG920DG2UN为控制对象，在KFR-32GW/BP2Y-R变频空调上进行测试，测得在65Hz下的压缩机的电流波形如图3所示，可以看到压缩机在此频率下换相良好，运转平稳。（见图3） 5 结束语 由于采用了专用电机控制芯片ADMCF328为核心的控制方案，使得变频空调控制系统性能优良、结构简单、软件可靠、成本低廉，并在实际在应用中取得了良好的效果 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/30/2004)