变频器控制电路设计

今天我们接着来聊变频器相关的，第三部分：控制电路设计(举例说明，不尽相同，望谅解)

X端子

电路图如下：

X1_IN端子外部和COM端由开关相连。+12V电源的地端是COM端，用于外部端子供电，GND是+5V的地端，是DSP内部电源。端子和DSP之间通过光藕隔离。74HC14用3.3V供电，信号X1直接送到DSP的IO口。

Y端子OC输出

电路图如下：

Y端子的OC输出也采用了光耦隔离，CPU低电平开通。

Y端子模拟输出

电路图如下：

模拟输出采用PWM方式，DSP输出一定占空比的脉冲，经滤波后得到模拟电压，模拟电压通过稳压电压转换成模拟电流输出。

如图，Y1是DSP的PWM7引脚输出的3.3V脉冲信号，74HC14用3.3V供电，输出3.3V脉冲，经二级滤波后输出与占空比成比例的直流电压Vd。Vd经放大后得到Y1_10V，放大倍数为4倍，即：Y1_10V=4Vd。

因此，若Y1_10V最大输出为10V，Vd的最大输出为2.5V，DSP程序中Y1端子的PWM脉冲占空比2.5/3.3=75.7%时，对应10V输出。但实际上由于滤波环节存在压降，实际Y1处的电压要高于2.5V，实测为2.94V。这样达到的输出电压Y1_10V为准确的10V。

程序中模拟输出的PWM周期是200us，8000个时钟周期，占空比100%输出3.3V，输出2.94V对应的占空比为89.1%，7128个时钟周期。按比例改变占空比，即可输出0～10V的电压(图中三极管起扩流的作用)。

模拟电流/电压输入

模拟量有电压给定和电流给定，在硬件电路部分，系统提供了0～10V的电压输入和0～20mA的电流输入接口端子;在软件部分，由功能组F3可以任意指定最大最小模拟量对应的频率以及模拟量的正负极性。例如，如果输入是0～5V 的信号，只需要将F301(主给定为100%时的模拟量)设置为5.00即可，这样会损失一半的精度，但简化了电路接口。

模拟电流输出电路图如下：

系统接收最大20mA的模拟输入电流。理论上，F2407A的AD最大可接收3.3V 的模拟电压，为了留点余量，20mA对应的电压取值为3.14V，程序中对应的10bitAD值为：

1024×3.14/3.3=974

模拟电压输入电路图如下：

如图，0～10V电压信号VR1经1/3的分压后经过跟随器得到0～3.14V的信号VR1_A，直接送入DSP的AD口。同样0～20mA的电流输入也转换成0～3.14V的电压信号送入DSP的AD口。各路的处理方法是相同的。

以VR1为例，程序中,AD转换结果右移1位存入ADVR1_X。VR1为最大值10V时，10位AD转换结果为F380H，右移1位，ADVR1_X=79C0H，即输入10V对应的数字值为79C0H，定标Q15。ADVR1_X经低通滤波后得到ADVR1_Y_H，不改变定标。

以左图为例，滤波后的值ADVR1_Y_H右移5位后理论上最大值为974，对应10.00V的模拟输入电压。程序中模拟输入电压的定标为×100，即数值上10V用1000表示，考虑到AD通道的误差，程序进行了简化处理，即认为AD值最大为1000，即AD值1000对应100%模拟输入电压10.00V，AD值和模拟电压值在数值上是相等的。

输出电流采样

电路图如下：

当输入额定电流15A时霍尔输出为4V的电压，R60用于校正。额定电流的有效值对应的是0.5V电流AD电压。DSP能接收的AD电压是0～3.3V，所以电路上对电流AD电压进行了1个3.3V/2的正偏，将-3.3V~3.3V转换成0～3.3V，使0～3.3V对应采样电流的峰峰值，1.65V对应的是电流的零点，程序中对电流采样的AD值进行了1个1.65V的负偏，减去1.65V对应的AD值，可以将电流波形还原。

额定电流峰值对应的AD值为0.5×1.41421=0.707V;

因此电流测量范围是是3.3/2/0.707=2.33倍额定电流;

实际中R60用于调整，使变频器输出额定电流时CURR_U为1V(后面经过了1/2的分压)。例如，对2.2kW的变频器，额定输出电流有效值为5.5A，霍尔输出1.466V，此时对应CURR_U=1V，送入AD的电压是0.5V。

5.5/15*4(2.2//R60)/(1+ 2.2//R60) =1

可以算得R60//2.2=2.14k，R60=82k

额定电流峰值IM对应的AD值为512*0.707/1.65=155，DBH，放在高10位即为36C0H(14016)。

将相电流Iu，Iv额定值幅值的定标选为Q13，2000H对应额定电流的幅值，需要乘以1个系数2000H/36C0H=0.584。

模拟信号的隔离

下图的外部模拟电流和模拟电压输入电路中，输入信号和DSP控制部分的供电电源是共地的，未经隔离，在外部干扰严重的情况下，模拟输入信号有可能对控制电路造成干扰，因此在需要增加抗干扰能力的情况下，模拟输入信号最好跟X端子数字输入信号一样，利用光耦进行隔离。

0～10V的模拟电压输入信号经运放U15B差动放大后与555输出的脉冲信号比较，由比较器TLC393将模拟信号转换为占空比可变的脉冲信号，脉冲信号由光耦PC817隔离输出后经二次滤波得到0～3.3V的模拟信号，送入DSP的AD口。这种隔离适用于对速度要求不高的直流信号的隔离。

键盘显示

输入电路图如下：

显示输出电路图如下：

键盘输入和显示输出利用了SPI接口。数码管的显示采用了动态扫描的方式，逐个显示，但由于扫描时间短，人眼不会感觉得到时间差异。

595是带锁存的8位串口输入，8位串/并口输出的SPI集成块。首先在每个SRCLK的上跳沿将8bit数据从串口输入引脚SER移入8位移位寄存器，在锁存时钟RCLK的上跳沿将数据送入输出并口。第9脚SQH是串口移位寄存器的移位输出，比串口输入落后8个时钟周期。

165是8位并行输入串行移位输出寄存器。8位并口用于接收键盘输入，然后通过串行口引脚QH送回DSP。

SCI接口

电路图如下：

75176是差分收发器。未接收数据时，75176的R是高电平。

温度检测

模块内置有温度传感器，其阻值Rx随温度T变化：

式中R25是25度时的阻值，B是一个系数(我们称之为B值)，

大家可以去了解一下热敏电阻。

电路图如下：

如图是温度检测电路，TC1点的电压随温度升高而降低，温度与AD值关系为：

IF AD>370，T=(770-AD)/8+20

ELSE T=(370-AD)/5.5+70

3.3V电源

电路图如下：

如图，稳压源431输出是2.5V，运放IC2A的放大倍数是(R39+R33//R34)/R33//R34=(1+3.16)/3.16 = 1.3167，因此运放输出电压是2.5V×1.3167=3.29V。LM358的电流输出能力是50mA，三极管BCX56的额定电流是1A，其作用是扩流，增强电流输出能力。

图中运放需要24V供电电压，稳压管431需要5V电压，这两个电压直接取自开关电源。

关于控制电路部分，主要还是数模电转换之间的拉扯，以上便是我们今天索要聊的内容。下一篇我们继续这部分，讲讲变频器中主回路开关器件的驱动和保护。