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μPD789842在變頻空調(diào)中的應(yīng)用
摘要：介紹了專(zhuān)用于控制三相逆變器的單片機(jī)μPD789842的資源配置和結(jié)構(gòu)功能，同時(shí)以變頻空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明了用μPD789842實(shí)現(xiàn)其SPWM波形輸出的具體方法。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；逆變器；SPWM
變頻調(diào)速具有優(yōu)良的調(diào)速性能，而數(shù)字變頻調(diào)速則使得變頻調(diào)速的應(yīng)用技術(shù)更加先進(jìn)。μＰＤ７８９８４２是ＮＥＣ公司生產(chǎn)的專(zhuān)用于控制三相逆變器的單片機(jī)。它有三相ＰＷＭ輸出，可驅(qū)動(dòng)ＩＰＭ智能功率模塊，實(shí)現(xiàn)交－直－交數(shù)字變頻調(diào)速。與使用普通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)交－直－交數(shù)字變頻調(diào)速的方法相比，用μＰＤ７８９８４２實(shí)現(xiàn)交－直－交數(shù)字變頻調(diào)速具有硬件功能更強(qiáng)、軟件編程更加方便的特點(diǎn)。下面以μＰＤ７８９８４２在變頻空調(diào)控制器中的應(yīng)用為例說(shuō)明用μＰＤ７８９８４２ 實(shí)現(xiàn)數(shù)字變頻調(diào)速的方法。
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１ μＰＤ７８９８４２的功能
１．１ μＰＤ７８９８４２的資源配置
μＰＤ７８９８４２的管腳排列如圖１所示。其內(nèi)部資源配置如下：
● ＲＯＭ：８ｋＢ；
● ＲＡＭ：２５６字節(jié)；
● ＳＦＲ：２５６字節(jié)；
● Ｉ／Ｏ口：Ｐ０?８位）?Ｐ１（８位），Ｐ２（６位多功能口），Ｐ６（８位多功能口）；
● ＵＡＲＴ：１路；
● 定時(shí)器：６路。其中１０位逆變器控制定時(shí)器１路，８位定時(shí)器／事件計(jì)數(shù)器２路，８位定時(shí)器計(jì)數(shù)器１路，計(jì)時(shí)定時(shí)器１路，看門(mén)狗定時(shí)器１路；
● ８位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換：８路；
● 乘法器：１０位×１０位；
● 矢量中斷源：１５個(gè)；
● 電源電壓：４．０～５．５Ｖ；
● 晶振：８．３８ＭＨｚ（最小指令執(zhí)行時(shí)間為０．９６μｓ?。
１．２ μＰＤ７８９８４２的功能
采用μＰＤ７８９８４２作變頻空調(diào)室外機(jī)的ＭＣＵ的原理圖如圖２所示。圖中，μＰＤ７８９８４２的ＴＯ７０～ＴＯ７５輸出的三相ＰＷＭ信號(hào)可用于驅(qū)動(dòng)ＩＰＭ，而從ＴＯＦＦ７輸入到ＩＰＭ的故障信號(hào)則用于保護(hù)ＩＰＭ。環(huán)境溫度和電流電壓等模擬量從Ｐ６口輸入。工作時(shí)，μＰＤ７８９８４２將檢測(cè)到的信息通過(guò)ＵＡＲＴ傳給室外機(jī)。本設(shè)計(jì)將室外機(jī)作為上位機(jī)，室內(nèi)機(jī)作為下位機(jī)。當(dāng)室外機(jī)將頻率信號(hào)傳給室內(nèi)機(jī)后，室內(nèi)機(jī)即可輸出所希望的正弦ＰＷＭ信號(hào)（ＳＰＷＭ）。
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２．１ 逆變器控制定時(shí)器
逆變器控制定時(shí)器的功能框圖如圖３所示。其中定時(shí)器ＴＭ７為１０位加減計(jì)數(shù)器，其值的大小決定著載波頻率；ＣＭ０～ＣＭ３為１０位比較寄存器，其值大小決定方波的占空比；ＢＦＣＭ０～ＢＦＣＭ３為緩沖寄存器；ＤＴＩＭＥ為死區(qū)時(shí)間重載寄存器；ＤＴＭ０～ＤＴＭ２為死區(qū)時(shí)間定時(shí)器。
２．２ ＰＷＭ波形的產(chǎn)生
用定時(shí)器ＴＭ７產(chǎn)生ＰＷＭ波形的原理如圖４所示。由該波形圖可見(jiàn)：當(dāng)定時(shí)器ＴＭ７向上／下計(jì)數(shù)到與ＣＭ０～ＣＭ２比較寄存器的值相等時(shí)，ＴＯ７０～ＴＯ７５輸出將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而當(dāng)定時(shí)器ＴＭ７向下計(jì)數(shù)到零時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生中斷，這時(shí)，各寄存器將重新賦值，為下一輪輸出作準(zhǔn)備。
圖4 PWM波形原理圖
２．３ ＳＰＷＭ波形的產(chǎn)生
在輸出ＰＷＭ波形的基礎(chǔ)上，當(dāng)ＣＭ０～ＣＭ２比較寄存器的值按正弦規(guī)律變化時(shí)，ＴＯ７０～ＴＯ７５將輸出正弦ＰＷＭ波形。
因而可先作一張正弦函數(shù)表放在ＲＯＭ或外部Ｅ２ＰＲＯＭ中用于查表。室外機(jī)頻率值和載波頻率決定載波比λ，然后由λ計(jì)算出查正弦函數(shù)表的步長(zhǎng)（即調(diào)頻）；而在調(diào)壓時(shí)，則可根據(jù)異步電機(jī)的工作原理和Ｖ／Ｆ控制原則，制作一張Ｖ／Ｆ曲線表放在ＲＯＭ中，然后由室外機(jī)頻率值查表得到電壓值，并由電壓值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的調(diào)制度α。如需考慮直流電壓變化，還可根據(jù)其變化對(duì)調(diào)制度α進(jìn)行補(bǔ)償。圖５給出了變頻控制模塊的軟件流程圖。
3 結(jié)束語(yǔ)
在進(jìn)行數(shù)字變頻時(shí)，采用異步調(diào)制較為方便。設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)壓縮機(jī)數(shù)據(jù)來(lái)決定載波頻率和載波比λ的范圍。一般μＰＤ７８９８４２的載波頻率約為３ｋＨｚ，輸出頻率為１０～１１０Ｈｚ。在壓縮機(jī)的額定工作點(diǎn)時(shí)，其諧波最小，因而效果也最好。
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