變頻空調室外機驅動控制系統設計
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2 驅動控制系統的PWM以及信號采樣
采用單個MCU來控制PFC、兩個永磁同步電機以及其他控制需要13路PWM輸出和多達12個模擬信號采樣。其中PFC需要1個PWM輸出和2個模擬信號采樣，每個電機需要6路PWM輸出和3個模擬信號采樣，另外空調系統需要4個溫度采樣，而且PFC和電機控制需要實時采樣模擬信號，否則引起的延時會導致控制響應速度慢，降低動態性能。如何分配和管理這3個控制模塊的PWM輸出以及模擬信號采樣比較困難。
針對變頻空調器的要求，對驅動控制系統的PWM設置如下：壓縮機電機驅動采用3個PWM模塊6個輸出通道，并設置為上升一下降計數方式，載波頻率為5 kHz(周期為200μs)；風機電機驅動也采用3個PWM模塊6個輸出通道，并設置為上升一下降計數方式，載波頻率為10kHz(周期為100μs)；PFC采用1個PWM模塊的1個輸出通道，并設置為上升計數方式，載波頻率為20 kHz(周期為50 μs)。
同時針對變頻空調的信號采樣進行如下設置：由于變頻空調系統的溫度采樣和內部芯片溫度采樣的實時性要求比較低，需要針對ADC模塊的采樣處理進行優化設計。第一，允許每一個ADC通道有不同的觸發源；第二，可設置ADC通道的轉換優先級。在功率因數校正中，變換器的電流采樣信號受開關噪聲的影響，在開關點上經常會出現高頻振蕩，因此需要通過計算的開關信號占空比確定開關器件的導通時間和關斷時間，并根據導通時間和關斷時間計算出一個最佳的信號采樣點以進行信號采樣。在壓縮機、風機驅動系統的電流采樣中，由于三相電流對稱，因此只需分別同時采樣兩相電流，同時由于變頻空調中采用分流電阻器方式采樣，因此在空間電壓矢量PWM(SVPWM)方式中的不同扇區分別同時采樣不同的兩相電流，并由PWM計數器等于零來觸發采樣，如表1所列。本文引用地址：http://www.104case.com/article/161944.htm
為了滿足電機驅動和PFC控制的需要，還需保證有兩個ADC采樣保持電路，允許兩個信號同時采樣，并允許選擇不同的兩個通道同時采樣。
3 定制的雙核MCU
針對變頻空調室外單元控制的需求，專門定制了變頻空調專用的雙核MCU，其時鐘頻率高達60 MHz，并提供7個片上增強型PWM模塊，每個PWM提供2個PWM輸出通道，且每個模塊之間可以設置移相及同步。高速ADC模塊的轉換速度為4．6 Msps，即每個信號的采樣轉換只需要216 ns。以CPU為核心處理加專用控制加速器CLA的雙核結構，各自有獨立的總線，可以分別運行不同的控制程序，從而提高系統的安全性。
為了提高整個室外控制系統的集成度和降低元器件的數目，在芯片中集成了更多的片上模塊，主要在以下幾個方面進行創新性設計：
①集成了雙10 MHz的片內時鐘源，可以通過PLL倍頻至60 MHz作為系統時鐘，提供給CPU、CLA和其他外設。這兩個時鐘源可相互備份，當其中一個失效時，可迅速切換到另外一個，使控制器繼續正常運行。在降低成本的同時提高了系統的抗干擾性。另外在片內集成了溫度傳感器檢測芯片內部溫度，通過專用的算法來補償片內時鐘源的溫度漂移，滿足了室內機通信等外設對時鐘源輸出精度的要求。
②集成了3個響應時間為30 ns的模擬比較器和10位精度的片內DAC，比較器的輸出可以直接關斷或屏蔽PWM的輸出，從而可以實現電機、PFC的保護，提高了過流、過壓保護的實時性，減少了電機過流退磁的現象。
③集成了片內電源電壓檢測電路以及預防控制代碼運行出錯的監控模塊，進一步提高系統的安全性。
4 實驗結果
圖4為基于雙核MCU的變頻空調室外機控制系統，對其進行了實驗驗證。
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