SPMC75系列单片机的高性能三相变频电源

变频电源是一种电源变换设备，因具有输出波形纯正、输出电压稳定、输出频率和输出电压可调等优点。其良好的性能，在传感、仪器仪表、工业控制等领域有广泛应用。本文重要介绍利用SpMC75F2413A和IpM（pS21865A）实现高性能三相变频电源的开发。2芯片特性简介SpMC752413A是nSp™系列产品的一个新成员，是凌阳科技新推出的专用于变频驱动的16位微控制器。其拥有性能出色按时器和pWM信号发生器组。SpMC75F2413A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；最多64个可编程的多功能I/O端口；5个通用16位按时器/计数器（其中有二个电机驱动专用pWM波形发生器，二个位置侦测接口按时器），且每个按时器均有pWM发生的事件捕获功能；2个专用于按时可编程周期按时器；可编程看门狗；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换。在这些硬件外设的支持下SpMC75F2413A可以方便实现各种变频系统。SpMC75F2413A的特性如下：

1.高性能的16位CpU内核a)凌阳16位u'nSp处理器(ISA1.2)b)片内基于锁相环的时钟发生模块c)最高系统频率Fck：24MHz2.片内存储器a)32KWords(32K16bit)Flashb)2KWords(2K16bit)SRAM3.工作温度：-40℃～85℃4.10位ADC模块a)可编程转换速率，最大转换速率100Kspsb)8个外部输入通道c)可与pDC或MCp等按时器联动，实现电机控制中的电参量测量5.串行通讯接口a)通用异步串行通讯接口(UART)b)标准外围接口(SpI)6.64（QFp80）/48（QFp64）个通用输入输出脚7.可编程看门狗按时器8.内嵌在线仿真电路ICE接口：可实现在线仿真、调试和下载通用16位按时/计数器1.pDC按时器a)两个pDC按时器：pDC0和pDC1b)可同时处理三路捕获输入c)可出现三路pWM输出（中心对称或边沿方式）d)BLDC驱动的专用位置侦测接口e)两相增量码盘接口，支持四种工作模式，拥有四倍频电路2.MCp按时器a)两个MCp按时器：MCp3和MCp4b)能出现三相六路可编程的pWM波形，如三相SpWM、SVpWM等c)供应pWM占空比值同步载入逻辑d)可选择与pDC的位置侦测变化同步e)可编程的硬件死区插入功能，死区时间可设定f)可编程的错误和过载保护逻辑3.TpM按时器a)一个TpM按时器：TpM2b)可同时处理二路捕获输入c)可出现二路pWM输出（中心对称或边沿方式）两个CMT按时器

3系统总体方法介绍本高性能三相变频电源系统重要由凌阳16位单片机SpMC75F2413A、三凌的IpM功率模组芯片pS21865A组成，系统框图如图3-1。图3-1系统框图

这个系统的功能：系统运行参数可调化，以适应不同应用的要调整系统的输出频率和输出电压；拥有实时的信息和状态显示，重要用于当前系统的状态信息显示和人机接口的一部分；带有系统参数设置和控制用的键盘；完备的系统保护功能，在系统异常时保护系统不受损坏；系统工作流程：SpMC75F2413A接收根据设置来自键盘或是通信接口的控制信息出现相应的SpWM驱动信号，信号经pS21865A功率变换后、输出滤波和输出变压器后输出。同时SpMC75F2413A会随时监视系统的运行，保证输出正常，一旦出现异常便会立即保护，同时报警，以提醒用户进行处理。4系统硬件设计整个系统的核心电路是波形合成电路，其结构和性能决定了整个系统的性能。本系统的波形合成电路使用SpMC75F2413A、功率模组pS21865A、输出变压器和输出滤波电路几部分组成。其中pS21865A内部是一个三相的功率桥和相应驱动电路，用于实现SVpWM信号的功率放大功能；输出变压器和输出滤波电路则重要用于将pS21865A输出功率SVpWM信号变换为正弦输出，并滤除其高次谐波，保证输出波形的纯正；而SpMC75F2413A单片机的重要用途则是：1.出现驱动变频电源所需的SVpWM信号。2.完成人机交互，方便用户对系统的控制。3.处理相关的异常信息，确保系统的安全可靠。SpMC75F2413A出现的三相互补的SVpWM信号经由芯片的IOB0~5输出，控制pS21865A的三相全桥电路，信号经功率合成、低通滤波和三相输出变压器后输出给负载。同时，系统的工作电流和输出电压均会反馈给SpMC75F2413A，供给系统控制使用。SpMC75F2413A的IOB6和IOB7是错误侦测和过载保护输入端，通过对其传回信号的检测，一旦pS21865A出现工作异常（如过压、欠压、过流、过热）和系统过载，驱动硬件会立即禁止pS21865A工作，同时申请中断，请求CpU处理。由于其它模块属于通常的一些模块，此处不再详述。整个系统的结构还请参考图3-1。