基于DSP和IPM的变频调速的硬件设计

　　引言

　　变频调速技术广泛应用于工业领域。随着电力电子控制技术及元器件的不断发展，变频调速系统的集成度、智能化程度越来越高，硬件构成也越来越紧凑、简单。DSP(数字信号处理器)+IPM(智能功率模块)就是变频调速系统最新的发展方向之一。

　　在DSP+IPM构成的变频调速系统中，充分利用了DSP高速运算、配置丰富及IPM控制信号接口简单、保护完善的特点，使得系统元器件数大为减少、结构紧凑，而性能及可靠性却大为提高，缩短了产品开发周期，提高了产品的竞争力。

　　笔者为某设备所做的一个变频调速子系统就采用了DSP+IPM的结构。下面介绍该系统的硬件设计方法。

　　硬件设计

　　DSP和IPM

　　该系统工况为24小时连续工作制。要求受上位机控制，控制两路电机的启动、停止、转速及加速度，同时将掉电及故障信号反馈给上位机。系统要求结构紧凑、体积小、保护功能完善、稳定可靠。系统输入电压为3Φ 200VAC。控制的两路电机功率分别为180W。根据以上要求，我们采用了DSP+IPM的硬件结构。

　　因为系统要求实时控制两路电机的运行，我们选用了TI公司的专为电机控制设计的TMS320L2407A型DSP。该DSP采用了高性能静态CMOS 技术，时钟频率可达40MHZ，指令周期仅为25ns，可实现3.3V低功耗设计，满足实时控制要求。尤其值得一提的是该DSP具有用于电机控制的专用外围配置―两个事件管理模块EVA和EVB，每个模块包括：两个16位通用定时器;8个16位PWM通道;三个外部事件的时间标记捕获单元;可编程的死区时间以防止直通故障;在片位置编码器接口电路;同步A./D转换器等，可方便地实现对两路电机的控制。另外，该型DSP还有多达40个可单独编程的复合通用输入/输出引脚、多达5个外部中断等配置，对实际应用带来很大方便。

　　因为该系统输入电压为3Φ 200VAC，控制的两路电机功率均为180W，考虑适当裕量，我们选用了三菱公司第三代DIP- IPM PS21563(10A/600V)。三菱DIP-IPM是面向AC100～200V级小容量电机变频驱动、采用传递型封装结构、将功率电路和驱动保护电路集成于一体的小型智能功率模块，具有以下特点：

　　·3相AC变频输出电路搭载三菱第5代平面型IGBT和CSTBT(Carrier Stored Trench-gate Bipolar Transistor：具有载流子蓄积层的沟槽型门极构造双极晶体管)功率芯片，实现更低损耗。

　　·采用自举电路结构，可实现单电源驱动。

　　·内置有IGBT驱动电路，具有过载保护、控制电源欠压保护功能。P侧具有UV(控制电源欠压)保护功能，但不输出故障信号F。N侧具有UV及SC(过载)保护功能，同时输出故障信号F。