若不是因为其相濡以沫,变幻莫测,进退两难,
忽远忽近,惨淡经营,山穷水尽,柳暗花明,又怎能称之为爱。

基于TMS320F28335控制的高性能变频调速系统(三)

1. 系统硬件设计

本系统对控制电路中的DSP外围电路、ADC接口电路、码盘接口电路、电平转换电路等进行了设计,下面对其关键部分进行详细的介绍。

1.1 DSP外围电路

DSP的外围电路主要包括:电源电路、时钟电路、复位电路、JTAG接口电路和外部存储电路。

(1)电源电路

TMS320F28335的I/O引脚和可编程Flash的电压是3.3V,而内核的供电电压是1.9V,因此,DSP芯片需要3.3V和1.9V两种电压供电。这里采用TI公司专门为DSP控制系统设计的电源芯片TPS73HD301,该芯片输入电压为5V,输出有固定3.3V和1.2V—9.75V可调,每路输出最大750mA,通过调节R23和R24的电阻值可以调节输出电压至1.9V。

(2)时钟电路

TMS320F28335的时钟频率为150MHz,由30MHz的外部时钟信号通过DSP内部的PLL倍频得到。这里采用30MHz的有源晶振。有源晶振与无源晶振相比,不需要DSP的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单,不需要复杂的配置电路。

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图4 时钟电路

(3)复位电路

为了防止系统出现死机等状况,需要手动复位电路,当按下复位按钮后,会产生一个低电平脉冲送入DSP的复位引脚。这里采用复位芯片SP708R,复位芯片与常规的复位电路相比可靠性更高,电路更加简单。复位电路如图5所示。

(4)JTAG接口电路

TMS320F28335通过标准的14针JTAG接口与仿真器连接,仿真器通过USB线缆与PC机连接,这样才能实现DSP的在线编程和调试。因此JTAG接口在控制系统中是必不可少的。

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图5  DSP复位电路

(5)外部存储电路

    控制系统需要保存大量的参数,例如电机的铭牌参数、PI调节器的参数、故障代码等,考虑到DSP的I/O端口电压为3.3V,故选用3.3V的EEPROM芯片24WC256。DSP通过I2C总线对24WC256进行读操作和写操作。

3.2  ADC接口电路

为了实现三电平逆变器的VF控制,需要检测直流母线电压和异步电机的相电流,对于TMS320F28335的ADC模块,模拟量的输入范围为0—3V,而电压、电流传感器的输出值往往不在这个电压范围内,因此需要设计ADC接口电路,对传感器检测到的电压值进行量化处理,满足TMS320F28335对于模拟量输入的要求。

电压检测接口电路如图6所示:

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图6 电压检测电路

下面以wps_clip_image-26836为例进行说明,通过R29和R30分压,对电压测量值wps_clip_image-6630的电压值进行调节;通过R35、R38、C35、C38和U14A组成的有源滤波电路对电压测量值进行滤波处理;通过C74、R92和U14B来调节输出电阻;通过齐纳二极管D9和D10对模拟量输入的限幅,防止输入电压值过大,烧坏DSP的ADC模块。

电流检测接口电路,电路的基本结构和电压检测接口电路类似,在电压检测电路的基础上,增加了直流偏置电路。

3.3 码盘接口电路

在异步电机的矢量控制中,需要使用光电编码器来检测电机转速。选择的编码器为欧姆龙公司的E6B2-C,分辨率为每转1000个脉冲,采用+15V供电,光电码盘反馈的脉冲信号也为15V,因此需要设计码盘接口电路来进行脉冲信号的电平变换。

3.4 电平转换电路

DSP和CPLD的I/O端口电压为3.3V,而很多的外部接口电路,例如IGBT驱动电路的输入电压、码盘接口电路的脉冲信号、数字量输入和数字量输出的电压信号均为5V。因此需要电平转换电路,来实现控制电路和外部电路的信号传递。这里选择TI公司的电平转换芯片SN74ALVC164245,该芯片支持16路信号的电平转换,驱动能力强,并且可以通过DIR引脚来设置信号的传输方向。

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