基于TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告.docx
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基于TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告.docx
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基于TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告
基于TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告
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基于2407A的交流电机驱动平台控制板设计报告
一、课程设计目的:
1.初步掌握交流电机驱动控制器的原理和结构
2.掌握交流电机驱动控制各个部分的实现原理和方法
3.掌握电机控制专用DSP的原理和使用
4.掌握电机驱动控制中的电力电子电路原理和使用方法
5.PROTEL原理图和印刷电路图的设计
二、2407A介绍
TMS320LF2407A是TI公司C2XX系列DSP,内核和I/O均采用3.3V供电,因此功耗较低。
2407A的运行速度最高可达40MIPS,内部集成了2个8通道的AD转换器。
同时,2407A还集成了两个专门用于电机控制的事件管理器(EV)。
每个EV包含两个16位通用定时器,3个捕获单元,一个光电编码器接口模块,可以输出8路16位PWM信号,并可以插入死区。
此外,2407A还包含SCI、CAN、SPI等接口模块及大量I/O接口。
由于2407A性能相对优良,而价格相对较低,因此在电机控制、电力电子等领域获得了广泛使用。
三、总体设计
控制板电路要素:
♦1,DSP最小系统
♦2,速度反馈电路
♦3,电流反馈电路
♦4,速度给定电路
♦5,PWM输出保护电路
♦6,功率板接口电路
♦7,HMI和通信接口电路
♦8,其他电路
在众多的交流电机控制系统中,矢量控制技术性能最佳,但也最为复杂。
根据矢量控制技术的要求,系统通过测量电机的转速、定子电流、定子电压,按照一定的控制算法调节PWM波的输出,实现电机的转速及转矩控制。
同时考虑到电路的启动和运行安全、人机交互及通信等,将系统的控制部分总体结构设计如下图所示:
系统主要包括:
DSP核心系统,电流、电压、转速、温度等检测电路,转速的给定电路,PWM输出及保护电路,通信接口电路,人机交互模块,以及一些其他的保护电路。
四、详细设计
根据总体设计,对各个子模块的设计如下:
1.最小系统
DSP最小系统是保证一个DSP能够正常运行的最小系统,除了DSP,还包括电源模块、片外存储器模块、JTAG接口、振荡及锁相环电路。
①电源模块:
控制板是一个3.3V和5V混合的系统,外部为控制板提供的只有5V电源,因此需要使用电源芯片将5V转化成3.3V。
并且,供给AD模块作为基准电压的电源VCCA(3.3V)是模拟信号,要和3.3V的数字电源隔离。
此外,还应加上复位电路,实现上电复位和硬件复位。
设计的电路如下:
电源转换电路复位电路
②片外存储电路:
由于LF2407A内部存储空间有限,因此必须外接存储芯片扩展,以实现程序的在线下载仿真。
系统选用64KX16位的IS61LV6416SRAM芯片来扩展,将PS、DS相和后,作为片选信号,可以同时扩展程序空间、数据空间。
设计电路如下:
③JTAG接口电路:
C2XX系列DSP需外接仿真器实现在线仿真,LF2407A采用14针的JTAG作为仿真接口。
电路如下:
④振荡及锁相环电路:
LF2407A内部集成有振荡电路,只需外接晶振实现起振即可,系统选用20Mhz的晶振。
同时,LF2407A内部集成有锁相环电路(PLL),可实现倍频,但须外接滤波电路。
电路设计如下:
2.检测电路
系统需采集定子电流、母线电压和实际转速参和控制,同时需采集电力电子器件的温度及泵升电压以保证安全运行。
通过功率板及电机上的传感器采集数据,经过控制板的调理,送入DSP实现AD转换。
1电流检测:
电流采集通过电压型电流霍尔传感器实现,将霍尔传感器的输出经过滤波、分压后输入DSP。
由于三相电流只有两项独立,因此只需采集两路电流即可。
电流检测处理电路设计如下:
2电压检测:
电压检测采用电阻分压的形式实现,通过模拟光耦差分输出到控制板,经过控制板的滤波、调理后输入DSP实现AD转换。
设计电路如下:
3温度检测:
为保证电力电子器件(IGBT或IPM模块)的安全,应检测器件的温度,当温度过高,采取一定措施,避免器件损坏。
系统采用热敏电阻(HTC)温度传感器在功率板上采集温度,经过控制板的调理输出DSP。
电路如下:
其中电阻R67的阻值大小根据传感器来选取。
4转速检测:
转速通过安装在电机轴上的光电编码器来检测,观点编码器输出的差分信号经过控制板的调理,将A、B、Z三路信号中的A、B输入到EV的QEP模块,实现转速测定。
电路如下:
考虑到同步电机的控制,因此系统还应检测U、V、W,电路完全相同。
3.转速给定
转速的给定可以通过数字方式给定,也可以通过模拟的方式给定。
系统选用模拟给定的方式,通过调节电位器分压,输入到DSP的AD模块,来实现转速的设定。
电路如图所示:
4.PWM输出
系统通过输出PWM波,经光耦隔离来控制电力电子器件的开通和关断。
设计的PWM输出电路如下所示,缓冲器74HC245用来增强PWM输出引脚的驱动能力。
系统采用PWM低有效,应保持同一桥臂上的器件不同时导通,为保证安全,将PWM信号经过或、和非后作为缓冲器的输出允许信号。
当任意一桥臂上的两个信号同时有效时,PWM信号将不能输出。
5.保护及故障处理电路
系统将功率板上输入的故障信号输入到DSP的PDPINTA引脚,当出现过压、过流等故障时,系统将产生中断,进行相应的故障处理。
系统输出的故障处理信号包括PV、FAN。
当泵升电压过高时,PV信号有效,控制母线间的开关器件开通,通过电阻耗能。
当器件温度过高时,FAN信号有效,打开风扇。
此外,还有SFT信号用来实现软启动。
6.显示及人机交互电路
系统包含四位数码管来显示转速(实际转速、给定转速),数码管采用静态显示,通过四块CD4094的级联来控制。
数据的输入通过SPI接口中的SIMO、CPICLK来实现。
电路如下:
此外,还有四位拨码开关来进行操作的输入,四个LED灯来指示运行状态。
7.通信电路
系统设计了串行通信接口实现和上位PC机的通信,设计了CAN通信接口用于扩展通信。
电路如下:
串行通信接口CAN收发接口
(1).串行通信接口
串口通信口(SCI)是一种采用两根信号线的异步串行通信接口。
MAX3232是RS232的专用收发器件,进行典型连接,以此来进行通讯。
采用专有低压差发送器输出级,利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能,器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。
max3232确保在120kbps数据速率,同时保持RS-232输出电平。
max3232具有二路接收器和二路驱动器,提供1uA关断模式,有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命。
关断模式下,接收器保持有效状态,对外部设备进行监测,仅消耗1uA电源电流,max3232的引脚、封装和功能分别和工业标准MAX242和MAX232兼容。
其中232RX是RS232的接收数据端;232TX是RS232的发送数据端;SC1TXD是TTL/CMOS的输入端,SCI异步串行口接收数据引脚;SC1TXD是TTL/CMOS的输出端,连接到DSP板的SCI异步串行口发送数据引脚。
DB9头各管脚定义:
1、载波检测DCD;2、接收数据RXD;3、发送数据TXD;4、数据终端准备好DTR;5、信号地SG;6、数据准备好DSR;7、请求发送RTS;8、清除发送CTS;9、振铃提示RI
(2).CAN收发接口
由于TMS320LF2407A采用3.3V供电,所以我们选用了3.3V供电的CAN总线收发驱动芯片SN65HVD230(VP230),提供对总线的差动收发和接收功能。
五、总结
首先感谢老师为本次课设付出的辛劳,及本组同学的支持。
我这次主要做的部分是通信电路部分,虽然这部分比较简单,但以前对通信接口方面的知识了解很少。
通过查找这方面的资料并学习,基本掌握了其原理。
我们设计的通信电路主要有两部分,一是串口通信接口,另一部分是CAN收发接口。
这部分电路有比较成熟的模块,只是在设计过程中应注意供电电压和对应芯片的选择。
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