SPMC75F2413A在直流变频洗衣机中的应用

时间:2007-04-29

SPMC75F2413A在直流变频洗衣机中的应用

凌阳单片机推广中心 叶新华

摘 要: 本文主要介绍利用SPMC75F2413A单片机来开发直流变频洗衣机的原理盒方法。关键词:直流变频

1 引言

洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐,全自动即进水、洗涤、漂洗、摔干等一系列过程自动完成,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可供用户选择。变频控制依其高性能、节能等优点在洗衣机的控制中得到广泛应用,下面介绍采用凌阳科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A单片机来设计的直流变频洗衣机的控制系统。

2芯片特性简介

SPMC75F2413A是凌阳科技公司开发的用于变频驱动的嵌入式16位微控制器,适用于变频电动机驱动、电源、家电和车内风扇控制系统等领域。

特性包括:

  • 凌阳16位u'nSP处理器(ISA 1.2)
  • 工作电压:4.5V~5.5V
  • 运行速度:24MHz
  • 工作温度: -40 ℃~85 ℃
  • 芯片内存储器
    32KW (32K×16) Flash
    2KW (2K×16) SRAM
  • 基于时钟发生模块的锁相环电路
  • 看门狗定时器
  • 10位模/数转换器
    8通道输入
    10us (100kHz)转换时间
  • 串行通讯接口
    通用异步串行通讯接口(UART)
    标准外围接口(SPI)
  • 64(QFP80)/53(QFP64、SDIP64)个通用输入输出管脚
  • 电源管理
    2种低功耗模式:Wait/Standby
    每个外设都可以独立的供电
  • 两个比较匹配定时器
  • 5个16位通用定时器
    2个用于驱动电机的脉宽调制输出(互补的3相6路脉宽调制输出)
    2个用于速度捕获
    1个用于速度反馈环
  • 中心(center)或边沿(edge)脉宽调制输出
  • 通过外部错误保护管脚进行脉宽调制输出保护
  • 可编程的死区控制(Dead time control)
  • 脉宽调制服务和错误中断发生
  • 具备驱动交流感应电机和直流无刷电机的能力
  • 内嵌在线仿真功能(ICE)

    3 系统总体方案介绍

    整个系统主要由两部分组成:由SPMC75F2413A控制的DMC控制板和由SPCE061A控制的PANEL板,两者之间的连接系统方块图如图3.1所示。
    PANEL控制器采用16 位SPCE061A控制器,主要完成的功能有:按键扫瞄、状态显示与通讯。洗衣机的控制通过按键输入来选择操作模式,并可设定选择水量、预约时间,详细设定洗衣、洗净及脱水的参数;电源按键钮为起始与驱动控制电路板的连接,起动或暂停键为运转洗衣机或暂停。运转过程中的剩余时间透过7 段显示器来显示。

    DMC 控制器采用16 位SPMC75F2413A 单芯片控制器,主要完成的功能有:侦测马达转子的位置讯号,以120 度方波驱动PWM 方式驱动直流无刷马达。

    4 系统硬件设计

    系统控制包括DMC控制板和PANEL控制板两部分,下面主要介绍DMC控制板硬件设计。

    4.1 电源电路

    图4.1为EMI 电源滤波器与单相全桥整流器电路,AC 电源输入接头为CON1,电压为220VAC,电源输入端通过突波吸收器ZNR3以避免过大的电压突波损坏器件,C8 与C12 的Y2 电容串联后连接至接地点,通常也可以连接至机壳。透过全桥整流器DB1整流、C13 滤波后可得到输出直流电压。

    图4.2 DC/DC电源供应电路
  • 4.2 MCU控制电路

    图4.3为MCU控制电路,此部分的电路主要是以u'nSP SPMC75F2413A 微控制器为主,CON5连接在线调试、仿真器ICE。
    4.3 IPM马达驱动电路

    图4.4为IPM马达驱动电路,因为驱动的马达为三相变频,因此一般来说微控制器需具备能够输出6 个PWM 讯号的能力,SPMC75F2413A 在芯片硬件上可由MCP 与PDC 定时器模块完成此功能。IPM 模块内集成了动回路与过电流检测电路,MCU 的PWM 输出讯号通过光耦送到IPM 模块,但在实际应用上需考虑到对MCU 的保护与快速地对IPM 模块产生高阻抗讯号,因此在电路中加入了IC12 的缓冲电路;过电流回馈讯号经光耦合器后连接到FTINx 的输入脚,以求能够对IPM 模块快速地保护。D5、D6、D7、C37、C40 与C43 产生组成自举电路提供IPM上臂开关的驱动信号。
    4.4 水位检测电路

    图4.5为洗衣机的水位检测电路,CON4连接水位传感器,水压大小产生LC 震荡,压力越小则频率越大,反之亦然。当接近零水位时,输出频率约在27.8KHz。此频率通过F/V 转换电路,转换为模拟电压输入至芯片内ADC 模块来计算水位高低。

    F/V 转换电路由IC7所产生,电路组件R33 与C36 形成输入端高通滤波器以滤除直流电压,输出电压大小由R30、C33 与输入频率决定,电压计算式为: Vo = R30 x C33 x Vcc x Fin;其中Vcc 为+5V、Fin 为输入频率。



      
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