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基于DSP和IPM的变频调速系统的硬件设计
发布时间:2017-02-10 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]图2 自举电路充电路径及工作时序图
自举电容C1的容值计算公式为C1=IBS X T1/△V，式中T1为上臂IGBT的最大通态（ON）脉宽，IBS为IC的驱动电流（考虑温度和频率特性），△V为允许的放电电压。注意，用该式计算出的自举电容容值应是最小值，实际选择时应增加一定裕量。
自举电阻R2的阻值选择应满足下述条件：时间常数R2 X C1能使放电电压(△V)在下臂IGBT的最小导通脉宽（T2）内被充电到C1上。即 R2={(VD-VDB) X T2}/(C1 X △V)，式中VD为电源电压，VDB为自举电容C1上电压。
自举二极管选择：对3Φ 200VAC电路，若电源输入电压波动范围取±30％，则三相全桥整流后直流电压VD=200 X 1.3 X 1.35=351（V），取最小裕量为1.5，则自举二极管耐压贴片电感应为351 X 1.5=526.5(V)，取600V。故自举二极管额定电压最小应为600V，因为PWM载波频率较高（最大为20KHZ），推荐选用快恢复二极管（反向恢复时间小于100nS）。
硬件设计要点
根据笔者设计该系统的经验，硬件设计应注意以下方面，以提高系统抗干扰性，使之在强干扰的现场工业环境中能可靠稳定运行。
·虽然DIP-IPM模块可由DSP直接驱动，但实际调试时发现，在上电及插件电感器对DSP进行flash编程过程中，DSP的引脚有时会出现不确定状态，产生干扰脉冲导致IPM的上、下臂IGBT直通引起短路保护动作。故我们在DSP到I珠海电感厂PM的两组触发脉冲通道中分别加了一个八通道、双电源3态门转换收发芯片74LVC4245，该芯片的输出使能端由一个简单的逻辑门电路控制，如图3所示。以确保在上电及对DSP进行flash编程时不会有干扰脉冲误触发IPM。
图3 控制触发脉冲通道通、断的逻辑门电路
·为防止信号振荡，应在各输入端加RC退耦电路。对两组触发脉冲来说，RC电路一来可滤掉干扰脉冲，二来还可限制输入脉冲的最小脉宽。RC容量的选择要和PWM的载波频率匹配，使得既能滤掉干扰信号，又不对触发脉冲造成畸变。因为DIP-IPM输入部分IC内置2.5KΩ（min）下拉电阻，故RC中R阻值的选择应注意使分压后的信号值满足DIP-IPM的输入电平阈值要求。
·DIP-IPM还有一个很实用的功能：短路保护。在本系统的软件调试过程中，该功能多次发挥作用，可靠地保护了模块，使本系统样机调试过程中IPM模块无一损坏。但要使该功能可靠发挥作用，应注意以下两点：
1）外部电流检测电阻的信号回路必须设置RC滤波电路，以免短路保护误动作。RC时间常数的选择要考虑IGBT的硬中断能力，一般推荐为1.5~2μS，最大不超过6μS。时间常数过短可能引起短路保护误动作，过长则可能超出贴片电感IPM模块的耐受能力，不能有效保护IPM模块。
2）外部电流检测电阻应为无感电阻，该电阻及其信号引线到IPM模块对应引脚的布线应尽可能短，以免由引线电感干扰引起短路保护误动作。
·PCB布板时应注意采取以下抗干扰措施：
1）强电（功率部分）和弱电（控制部分）从区域上分开。
2）数字地（控制地）和模拟地（功率地）分塑封电感器开布局，只能在一点相接。一定要注意避免功率地线上的电流流经控制地线，以免引入地线干扰。
3）PCB上IPM模块相邻触发脉冲引脚间可开槽，避免相互干扰。
4）电流检测电阻及其信号线、触发脉冲信号及所有电容到IPM模块的布线要尽可能短，尽量降低其引线电感引起的干扰。
结语：
该系统已批量生产上千台，投入现场连续运行三年多。实际运行表明，该系统运行稳定，工作良好。可以预计，DSP+IPM模式将是紧凑型变频调速系统的发展方向之一。
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