介绍一种用于家用电器沟通感应电机调速的高功用、低本钱变频操控器。针对沟通感应电机的操控特色，从功率驱动电路、速度检测、电路维护及EMC等方面进行了剖析。操控器中心由低本钱高功用的瑞萨单片机和三相功率驱动芯片IRS2136S组成，下降了变频操控器的本钱。速度检测选用方位传感器，缩短了软件开发周期。在电路中添加的EMC办法，大大添加了体系的牢靠性。该电路已在某些家电产品中得到使用，整机具有杰出的安稳性和抗搅扰性，经过了UL及国家家电安全规范查验。
0 导言
跟着电力电子技能和微操控器技能的飞速开展，现代沟通变频调速体系技能在电机操控体系中的使用也越来越广，选用全控型器材IGBT的全数字操控的变频调速器现已完成了通用化，具有调速规模宽、调速精度高、动态呼应快、运转效率高、操作便利等长处。变频调速器的遍及使用进步了现代工业的自动化水平，进步了产品质量和劳动效率，最大极限地节省了动力，因而契合国家开展建造调和、节省型社会的政策。
本文选用瑞萨公司推出的性价比较高的微操控器R5F21246 seties，嵌入R8C/Tiny系列CPU内核，R8C/Tiny系列中的一切MCU都集成了片上闪存，具有高功用和很好的易用性，1 MB地址空间，2 KB片上数据存储FLASH，十分适合于空调、洗衣机、冰箱等家电使用以及沟通伺服马达等工业操控使用等。
1 沟通感应电机体系的根本构架
沟通感应电机操控体系的原理构成如图1所示，它包含主电路、操控单元、功率驱动单元、维护单元以及信号反应并重单元等。
沟通感应电机操控单元包含速度操控器、转矩和电流操控器等。Renesas单片机R5F21246以其价格低、功耗小、功用高、处理速度快等长处成为沟通感应电机操控体系操控中心的一种趋势。功率驱动单元选用以驱动芯片IRS2136S，其内部不光集成了驱动电路，一起具有过电压、过电流、过热、欠电压等毛病检测维护电路，当体系出现问题时能及时进行自我维护，进步了体系的牢靠性。各并重信号经过反应传输到R5F21246内部，进行准确、快速的处理后输出，以完成各个部件的实时操控。在主回路中还加入了软发动电路，以减小发动进程对驱动器的冲击。
2 沟通感应电机体系的驱动电路规划
功率驱动模块作为沟通感应电机操控体系的强电部分包含两个单元：电源单元为整个体系的数字和模仿电路供给电源;功率驱动单元IRS2136S用于电机的驱动(见图2)。
功率板的规划中包含4个硬件维护功用，分别是过流(正反向电流)维护、母线过压维护、母线欠压维护和IGBT过热维护，每种维护都有LED报警显现。为了增强牢靠性，维护动作发生后都会分别给MCU发送关断信号，维护功率器材IRS2136S，避免元件的损坏。这些信号必须由独自的复位信号才干撤销，不然维护电路会一向有用，以避免误操作损坏设备和影响人身安全。
2.1 电源电路
电源主电路如图3所示。输入电压规模：沟通187～264 V，频率规模：48～53 Hz。直流母线电压输出安稳在正常值310 V左右，肖特基二极管D110并联在母线电压两头，避免母线过压，滤波电容C110滤除搅扰信号，电阻R104～R109别C107与C106并联，用来安稳电容两头电压。直流母线电压输出选用预充电回路，通电后的瞬间由限流电阻R102给整流桥D101和滤波电容C107，C108供给电流，减小了对整流桥的冲击，滤波电容充电挨近完成后经过继电器K101旁路限流电阻。直流母线电压经过VIPER12(U101)与LM78L05(U102)芯片发生16 V与5 V安稳的直流电压，分别给驱动电路和其他电路供电，如图4所示。
2.2 温度检测电路
图5为IGBT的温度检测电路。电路中R379为负温度系数热敏电阻NTC，当温度过高时R379阻值就变小。经过检测电路的电压输出毛病信号反应给单片机，经单片机剖析处理后采纳的办法对体系进行维护，如令驱动芯片停止作业，当温度康复正常时再免除维护。
2.3 电流检测电路
为了下降体系本钱，该电路选用了单电阻采样技能。一般来说，矢量操控算法需求并重电机至少两相电流，但单电阻采样只需求并重负母线的电流即可。
如图2所示，单电阻R236采样，采样电流ishunt，关于下桥臂Q202，Q204，Q206的每一个开关状况，其流过的电流状况如表1所示。
在表1中，“0”一共开关管关断，而“1”一共导通。我们电流在一个PWM周期内简直不变，因而只需求在一个PWM周期内采样两次即可得到该时刻电机每一相电流的状况，我们三相电流之和为零。
单电阻采样会遇到一些应战，空间矢量脉宽调制器(SVPWM)在空间矢量的扇区鸿沟和低速调制区域的时分，会存在占空比两长一短和两短一长以及三个简直相同长的时刻。这样，假如有用矢量继续的时刻少于电流采样时刻，则会犯错。本方案采纳的办法是在相邻鸿沟的时分刺进固定时刻的有用矢量，而在低速调制区域的时分，选用轮番刺进有用矢量的办法。刺进有用矢量会给电流波形带来失真，这种情况下需求经过软件来进行补偿。
单电阻采样的长处除了下降体系的本钱，还有便是它检测三相电流时都根据相同的增益和偏移，一致性好。缺陷也是显着的，关于MCU来说，算法杂乱了其运算时刻要增大，代码比三电阻也要长一些;关于电流检测而言，其波形失真比起三电阻办法要稍大。单电阻采样的功用关于变频空调的使用是彻底可以一筹莫展的，而且本钱低价，这也便是大部分家电厂家都乐意挑选单电阻采样的原因地点。
2.4 速度检测电路
方位式传感器在沟通感应电动机中起着测定转子方位及速度的效果，作为逻辑开关电路供给正确的方位信息，行将转子磁钢的磁极方位信号转换成电信号。然后去操控定子绕组换相。该规划选用FUS1881(霍尔传感器)，电机转子滚动一周给单片机输入8个脉冲，然后操控沟通感应电机运动而且使操控程序简略。霍尔检测电路如图6所示。
3 EMC办法
该硬件体系的电磁兼容(EMC)抗搅扰规划主要有以下几个方面：电源输入的防雷、滤波处理，接地技能，屏蔽技能，阻隔技能，印刷电路板规划。
3.1 电源输入的滤波处理
如图7所示，L101和C102与C103构成了共模扼流圈。这是一个低通滤波电路所构成的电源滤波器。施行对暂态电压波形中高频重量的初度衰减。它答应直流或50 Hz电流经过，对频率较高的搅扰信号有较大的衰减。我们搅扰信号有差模和共模两种，因而电源滤波器要对这两种搅扰都具有衰减效果。留意，当作业电流超越额外电流时，滤波器中的电感磁芯会发生饱满现象，使实践电感量减小，导致滤波器的高频滤波功用下降。因而，确认滤波器的额外作业电流时，取实践电流值的1.5倍。压敏电阻V101起按捺差模过电压与添加泄流限压效果。
3.2 IGBT维护电路
如图2所示为功率驱动扩大电路，加在IGBT上的正向电压上升率dv/dt假如过大，我们结电容的存在而发生较大的位移电流，该电流有或许起到触发电流的效果，使IGBT正向阻断才能下降，严峻时引起误导通。为按捺dv/dt的效果，在IGBT门级与栅极两头并联电阻吸收回路并添加双向续流二极管回路，按捺较大的位移电流，并使用电阻把这部分能量消耗掉。同理，该维护回路对电路中的高频打扰信号也可以起到衰减和按捺的效果。
3.3 其他
我们体系的供电较多，对模仿地、数字地等进行了妥善处理。此外还留意外壳接地，驱动芯片IRS2136S的每个输入端添加了小%&&&&&%，以进步牢靠性。在PCB板规划的时，留意了走线方法，线宽、过孔处理等。
4 结语
本文所规划的根据瑞萨单片机的沟通感应电机的操控电路，结合先进的三相功率驱动芯片IRS2136S，选用6个单管IGBT及单电阻采样，下降了生产本钱;添加EMC办法，使体系作业愈加安稳、牢靠。本文充分使用R8C/Tiny系列CPU内核的优势——丰厚的固件库函数，缩短了开发周期。实践使用标明，根据瑞萨单片机的沟通感应电机操控电路具有杰出的动态功用，体系作业安稳牢靠，效率高、低本钱，节能及噪音小等特色，彻底可以分量家用电器的实践使用要求。
