SPMC75F2313在横机变频器上应用

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摘  要：本文主要介绍凌阳16位工业级单片机SPMC75F2313配合6管IGBT开发的横机专用变频器，该变频器具有成本低，性能高、便于客户量产等优点，在横机机械生产及半自动横机改造领域有着广泛的应用。

关键词：SPMC75F2313、横机变频器 


1 引言
随着针织机械技术的发展、科技的进步，对针织机械自动化技术的要求也越来越高，变频调速技术在针织机械中的应用，也将越来越普遍。
针织机械领域，在原有手摇式针织横机的基础上，为了实现电气自动控制运行代替手动操作的目的，在原有横机的基础上加装马达传动系统、微电脑控制系统，完成横机的自动化改造。
本文以凌阳SPMC75为基础，开发出针织横机专用变频器。下面将详细介绍其原理。
2 总体方案介绍
本方案采用凌阳16位高性能单片机SPMC75F2313A和6管IGBT组成的三相桥电路组成，带有硬件保护电路。系统方框图如图所示：
 
3 横机变频器功能介绍
3.1 性能规格
输入：
■ 输入电源电压 ：单相，220V，50/60Hz
■ 容许波动  : 电压 -15%—10%，频率 ±5%
■ 额定电流设定 : 8~12A可调，超过额定电流的60%显示过载提示
■ 变频控制方式 ：电位器、按键、485通讯、端子控制
输出：
■ 最大驱动能力 ：0.75KW三相感应电机
■ 极限驱动能力 : 1.5KW三相感应电机
■ 载波频率  : 10K
■ 基本频率  : 20-300Hz
■ 启动频率  : 0.1-300Hz可调
■ 输出频率  : 0-300Hz可调
■ 上限频率  : 10-300Hz可调
■ 下限频率  : 0.1-300Hz可调
■ 最高输出电压 ：可调（≤220V）
■ 最低输出电压 ：可调（≥2V）
■ 加速时间  ：1~999秒可调
■ 减速时间  ：1~999秒可调
■ 最小调整频率 ：0.15Hz
3.2 按键功能说明

4 硬件系统设计
4.1 功率逆变部分
该方案功率逆变部分采用6管IGBT单管组成，具有成本低、可靠性高等特点。如图所示：
 
4.2 逆变桥驱动电路
逆变桥驱动电路采用光耦A314J驱动，采用自举电路方式，实现上下桥臂的驱动。
 

4.3 过载保护电路
该方案过载保护电路采用硬件保护机制，减少了软件处理延时，保护效果更明显。
 

4.4 开关电源电路
 

4.5 芯片特性简介
本系统是基于SPMC75F2313A实现的横机变频器方案，下面介绍SPMC75F2313A的特性。
SPMC75F2313A 是μ’nSP系列产品的一个新成员，是凌阳科技新推出的一个16位结构的微控制器。与其它μ’nSP产品不同的是，SPMC75F2313A主要应用在工控或是家电的变频驱动领域。由于其拥有出色性能定时器PWM信号发生器组。因此，SPMC75F2313A可以方便的实现各种电机驱动方案。
    SPMC75F2313A在4.5V～5.5V工作电压范围内的工作速度范围为0～24MHz，拥有2K字SRAM和32K字闪存ROM；64个可编程的多功能I/O端口；5个通用16位定时器/计数器，且每个定时器均有PWM发生的事件捕获功能；2个专用于定时可编程周期定时器；可编程看门狗；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换。SPMC75F2313A在电机控制领域有相当优秀的表现。
特性包括：
◆ 凌阳16位μ’nSP处理器(ISA 1.2)
◆ 工作电压：    内核：4.5V～5.5V
◆ 最高运行速度：24MHz
◆ 工作温度： -40 ℃～85 ℃
◆ 芯片内存储器：
      32KW (32K×16) Flash
      2KW (2K×16) SRAM
◆ 基于时钟发生模块的锁相环电路
◆ 看门狗定时器
◆ 10位模/数转换器
     8通道输入
     10us (100kHz)转换时间
◆ 串行通讯接口
     通用异步串行通讯接口(UART)
     标准外围接口(SPI)
◆ 总计33个通用输入输出管脚
◆ 电源管理
     2种低功耗模式：Wait/Standby
     每个外设都可以独立的供电
◆ 两个比较匹配定时器
◆ 5个16位通用定时器
◆ 2个用于脉宽调制，2个用于速度捕获，1个用于速度反馈环。
◆ MCP定时器3支持 TIO3A～TIO3F, MCP定时器4支持 TIO4A～TIO4F
◆ 脉宽调制定时器支持递增/递减计数
◆ PDC定时器0/1均支持3通道的TIO0A～TIO0C输入捕获
◆ TPM定时器2支持捕获/脉宽调制
◆ 12个16位脉宽调制输出
◆ 2通道的电机驱动脉宽调制输出(互补的3相6路脉宽调制输出)
◆ TIO3A～TIO3F利用 MCP 定时器3工作, TIO4A～TIO4F利用MCP定时器4工作
◆ 中心(center)或边沿(edge)脉宽调制输出
◆ 通过外部错误保护管脚进行脉宽调制输出保护
◆ 可编程的死区控制(Dead time control)
◆ 脉宽调制服务和错误中断发生
◆ 具备驱动交流感应电机和直流无刷电机的能力
◆ 内嵌在线仿真功能
5 结语
该系统硬件结构简单，功能比较复杂，技术含量较高，采用的技术处于领先水平。电机驱动部分可以实现不同转速的平稳运行，保证输出力矩恒定等优点。和其配套的控制器可以将编制的花样设计转化成程序控制，根据客户的不同要求完成不同类的编制动作。该变频器有较强的兼容性，可以适用于不同型号的横机控制系统。
6 参考文献
[1] SPMC75F2313数据手册