基于數(shù)字信號控制器的智能家電解決方案

　　利用單個DSP控制器集成

　　多種系統(tǒng)功能

　　先進的新型DSP控制器能讓系統(tǒng)設(shè)計人員選擇效率更高的電動馬達，例如無刷直流馬達(BLDC)或永磁同步馬達(PMSM)等驅(qū)動裝置。這些馬達提供多項勝過有刷馬達和交流感應(yīng)馬達的優(yōu)勢。無刷直流馬達的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較輕，所以效率更高、操作更安靜、加速也更快。一款專為省電和省水洗衣機設(shè)計的無刷直流馬達控制電路如圖1所示。這個控制電路以一顆DSP控制器為核心，不僅能控制主要驅(qū)動馬達的操作，還有充裕的效能管理，可輔助水泵和螺線管等組件，以便提供水量和洗衣精劑量控制等其它功能。該控制器還能執(zhí)行有源功率因數(shù)校 正，讓家電產(chǎn)品從交流輸入電源汲取更多電力。

　　控制器的主要工作是產(chǎn)生多種高頻、高分辨率的脈寬調(diào)制(PWM)信號，另外，它還必須具備充分的運算能力來執(zhí)行先進算法，以便將轉(zhuǎn)矩紋波減至最小、進行線上參數(shù)調(diào)整并提供精確的轉(zhuǎn)速控制。除此之外，還必須縮小設(shè)計體積并減少組件數(shù)量，使它更容易生產(chǎn)制造。

　　DSP控制器內(nèi)置多種功能以便執(zhí)行前述所有工作，包括1個40MIPS的16位定點DSP內(nèi)核、16個以上的PWM通道、4個通用定時器、1個含有16個多路復(fù)用輸入通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、編碼器接口、串行通信接口、SPI連接端口以及1個看門狗定時器。該器件的PWM輸出數(shù)目足以控制1個三相電壓源逆變器，而前端升壓轉(zhuǎn)換器則能實現(xiàn)有源功率因數(shù)校正電路。剩下的PWM通道可用于其它功能，例如熱水器伺服系統(tǒng)和輔助馬達驅(qū)動裝置。片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器則可用來測量各種系統(tǒng)輸入，如馬達相位電流和功率因數(shù)校正電路的直流總線電壓等。由于該器件提供多達16個通道，其它輸入可用來測量水溫和水位等操作條件。

　　馬達驅(qū)動算法和其它軟件模塊

　　馬達驅(qū)動裝置共有三大軟件模塊：變速操作所需的閉環(huán)空間向量脈寬調(diào)制(SVPWM)模塊、前端輸入功率因數(shù)校正，以及一個主要做為控制器與用戶控制面板之間界面的通信模塊。本文著重介紹了SVPWM模塊。空間向量PWM技術(shù)具有多項優(yōu)點，從而勝過正弦波PWM等較簡單、效率較差的方法。在特定的直流鏈路電壓輸出下，SVPWM的三相馬達功率輸出比正弦波PWM饋電馬達的高出16%。圖2是SVPWM算法的結(jié)構(gòu)圖。

　　首先是產(chǎn)生參考電壓向量。控制器會在直接正交(d-q)平面上以特定的速度和振幅旋轉(zhuǎn)參考電壓向量，參考頻率ωsp由用戶提供，角頻率ωe則由頻率產(chǎn)生算法控制。角度積分器的8個高位作為指針，指向一個256字符的正弦波值查詢表。只要將一個固定值(步階幅度)加到此寄存器，指針就會以固定速率在表格上循環(huán)移動，并在移到表格尾端時折回表格的最前端繼續(xù)移動。它還需要sine(α)的值，以便將參考電壓向量分解成參考電壓向量所在扇形區(qū)(sector)的基本空間向量。由于6個扇形區(qū)都采用同樣的分解程序，系統(tǒng)只需一份60