【应用】解析基于兆易创新GD32F130系列MCU设计冰箱压缩机变频板方案

2021-10-24 SLKOR
MOSFET,MCU,SLKOR MOSFET,MCU,SLKOR MOSFET,MCU,SLKOR MOSFET,MCU,SLKOR

本文萨科微(SLKOR)介绍变频板可用于冰箱压缩机变频控制,同时也可用于油烟机,空调内风机的变频控制。方案基于兆易创新GigaDevice的GD32F130系列MCU设计,MCU配备Cortex-M3内核,可软件实现PI控制,SVPWM生成器,电机状态观测器;一个高级定时器可直接产生6路互补死区可调PWM, 芯片满足工业级的工作温度和ESD, EMI标准,非常适合于PMSM,BLDC的变频调速控制。


GD32F130系列MCU主要规格:

Cortex-M3@48Mhz, 50 MIPS的处理性能;

Flash:64KB/32KB/16KB;

SRAM:8KB/4KB/4KB;

高速高精度ADC, 12Bits ADC x 1@2.6Msps,10通道;

高级定时器x1,可产生6路死区可调的互补PWM输出。通用定时器x6;

Flash带硬件加密保护;

多种串行通讯方式:I2C x2, SPI x2, UART x2;

丰富的封装类型:TSSOP20/ QFN28/ QFN32/ LQFP32/ LQFP48/LQFP64

工业级的工作温度范围:-40℃~+85℃;

工业级的ESD特性:6000 Volt;


变频板主要规格参数

额定输出功率200W,310V母线电压,最大工作电流2A;

磁场定向法,正弦波电流,无传感器启动及控制;

3电阻电流采样;

逆变电路由6个Power MOSFET搭建成;

电机控制系统控制框图如下:



MTPA的实现

如系统框图所示,整个系统为双闭环控制,内环为电流控制环路,外环为速度控制环路。设定转子磁通方向为d-axis,q-axis是d-axis的正交轴向,电流环路的控制目的是为了将定子的电流和磁通解耦,将定子的电流都控制到q-axis上。



针对于SPM电机,我们将d-axis的目标控制量id设为0,将定子上的电流全部控制到q-axis上,从而获得Maximum Torque Per Ampere(MTPA)。此时,PMSM电机的转矩和转速只与q-axis的电流分量有关,我们再通过速度控制环路来控制d-axis上的电流,实现双闭环控制。



在实际的工作中,由于SPM电机的结构并不是理想情况,d-axis上的实际电流也并不为0;同时,我们也会有目的的去控制d-axis上的电流,从而实现电机超出基速运转;此时,我们需要在d-axis上面加上弱磁控制器,从而确保MTPA的实现。SPM电机运转时的矢量图如下:



FOC的实现


PMSM电机实际接线时有a,b,c三相电流,我们现在需要把a,b,c三相电流与D axis电流和Q axis电流联系起来,需要用到Clark 和Park 这2个数学变换:

•Clark变换:(a,b,c)→(α,β),α,β为两相正交静止的坐标系;



•Park变换:(α,β)→(D,Q), D,Q为两相正交旋转坐标系,其中θ是转子磁通位置;



通过Clark和Park两个数学变化,我们可以将PMSM电机的a,b,c三相电流分解到D axis和Q axis上来,从而实现磁场定向控制(FOC)。我们还可以发现,整个FOC控制的关键点在于找到转子的磁通位置θ。


SVPWM的实现

我们利用反Park变换也可以将定子的电流从D,Q空间转换到α,β空间下,完成了磁场定向后,PMSM电机控制的最后一步就是要产生作用在电机三相端子上的PWM电压。根据三相逆变器的8种开关状态,我们可以列出空间矢量调制逆变器状态表:



其中A,B,C三相都为0和1时为无效状态,我们将这两个状态矢量放置在空间的原点,其余6个矢量状态U0→U300刚好在空间绘成一个正6边形。传统的6步法控制电机就是将这6个电压向量依次加在电机的定子端。



空间矢量调制(SVPWM)的目的是在矢量空间内形成一个360度等幅旋转的电压矢量,从而减少逆变器输出的电流谐波成分,降低转矩脉动。SVPWM的实现方法,则是利用相邻的两个基本电压矢量来合成矢量空间中的旋转电压矢量Uout,Uout的最大值约为0.886*VDC。举第一象限为例,


其中,T1为电压矢量U0在一个PWM周期内的作用时间,T2为电压矢量U60在一个PWM周期内的作用时间,T0为零序分量的作用时间。

我们先利用V_α和V_β的值确定扇区sector,再根据三角函数和Vdc的值计算出T1,T2和T0的值。


A= V_β;

B= 1.7320508*V_α-V_β;

C= -1.7320508*V_α-V_β;

if(A>= 0) {a= 1;} else a= 0;

if(B>= 0) {b= 1;} else b= 0;

if(C>= 0) {c= 1;} else c= 0;

N=a+2*b+4*c;

switch(N)

{

case 1: sector = 2; break;

case 2: sector = 6; break;

case 3: sector = 1; break;

case 4: sector = 4; break;

case 5: sector = 3; break;

case 6: sector = 5; break;

default: break;

}

为了减少逆变器电路中MOSFET的开关次数,可以使用7段空间矢量合成方式,在每个矢量扇区内均以零矢量(000)开始和结束,中间用零矢量(111),其余时间用有效矢量。如下图所示:


SVPWM电压加在PMSM电机的三相端子上后,可以看到马鞍形的相电压波形,如下图所示:


转子角度观测器的实现

找到转子磁通的位置θ是FOC算法的关键,但在电机高速转动的过程中,Hall传感器的精度不够导致无法精确找到转子的磁通位置θ,此时需要用到转子角度观测器。转子磁通的角度信息,可以从反电动势中获取到,我们无法直接测量到电机的反电动势,但是可以用观测器的方法,计算出反电动势的值。


如果滑模增益K足够大的情况下,我们可以找到一个滑模控制面S,使得


滑模观测器的系统框图如下:



 如果要确保滑模控制面S的稳定,我们需要选取有效的K和l值,保证


并且l值必须大于-1。最后转子的角度θ便可以通过反正切函数计算出来。GD32F130系列MCU可以轻松实现上述的SVPWM产生器,Park/Clark变换,PI控制器,以及转子位置观测器。MCU内置的高速高精度SAR ADC和多级中断系统可以确保闭环控制的实时性。


GD32F130冰箱变频板

正面图片

反面图片

授权代理商:世强先进(深圳)科技股份有限公司
技术资料,数据手册,3D模型库,原理图,PCB封装文件,选型指南来源平台:世强硬创平台www.sekorm.com
现货商城,价格查询,交期查询,订货,现货采购,在线购买,样品申请渠道:世强硬创平台电子商城www.sekorm.com/supply/
概念,方案,设计,选型,BOM优化,FAE技术支持,样品,加工定制,测试,量产供应服务提供:世强硬创平台www.sekorm.com
集成电路,电子元件,电子材料,电气自动化,电机,仪器全品类供应:世强硬创平台www.sekorm.com
  • +1 赞 0
  • 收藏
  • 评论 0

本文由剑藏锋转载自SLKOR,原文标题为:采用GD32F130系列MCU设计冰箱压缩机变频板方案,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

评论

   |   

提交评论

全部评论(0

暂无评论

相关推荐

【应用】SLKOR与国产MCU合作推出直流变频热水循环泵方案,多种运行模式支持500ms快速启动

采用SLKOR的MCU GD32E230C8T6设计的直流变频热水循环泵控制器系列方案,采用GD32E230C8T6芯片作为主控。提供110V和220V两种电源模式,采用正弦波矢量控制算法,具有启动快速平稳,少斩波高载频、噪音低、温升低、功率控制稳定的特点。

应用方案    发布时间 : 2021-10-20

CPU和MCU的差异

在现代计算机和嵌入式系统中,CPU(中央处理器)和MCU(单片微型计算机)是两种关键的处理器类型,各自在不同的应用场景中发挥着重要作用。虽然它们都是处理器,但它们的设计和功能有着显著的差异。

技术探讨    发布时间 : 2024-07-18

碳化硅MOS管(SiC-MOSFET)的特征

本文通过与Si功率元器件的比较,来说明SiC-MOSFET的耐压范围。

技术探讨    发布时间 : 2024-07-17

What is the Difference between CPU and MCU?

CPU (Central Processing Unit): The CPU is the core component of a computer system, responsible for executing instructions and processing data. It is typically used in systems with high performance requirements, such as personal computers, servers, and high-performance computing devices. MCU (Microcontroller Unit): An MCU is a single-chip system that integrates a processor core, memory, and peripherals, designed specifically for control applications. MCUs are commonly used in embedded systems such as home appliances, automotive electronics, and industrial control.

技术探讨    发布时间 : 2024-10-18

数据手册  -  SLKOR  - 2022/7/30 PDF 英文 下载

What Is The Purpose of MOSFET?

MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) are widely used in electronic circuits. Due to their high input impedance, low power consumption, and fast switching speeds, MOSFETs play a crucial role in modern electronic devices. This article will explore the main applications of MOSFETs and their use in various fields.

技术探讨    发布时间 : 2024-10-17

SiC-MOSFET与Si-MOSFET相比,区别在哪?

SiC-MOSFET与Si-MOSFET相比,具有以下区别:由于SiC-MOSFET的漂移层电阻低、通道电阻高的特性,其驱动电压即栅极-源极间电压Vgs越高时,导通电阻越低。SiC-MOSFET的导通电阻从Vgs约为20V开始变化(下降)并逐渐减小,接近最小值。

技术探讨    发布时间 : 2024-04-26

SiC MOSFET桥式结构的栅极驱动电路

LS(低侧)侧SiC MOSFET在Turn-on和Turn-off时的VDS和ID变化方式不同。在讨论SiC MOSFET的这种变化对Gate-Source电压(VGS)的影响时,需要考虑包括SiC MOSFET的栅极驱动电路在内的等效电路。

设计经验    发布时间 : 2024-07-19

数据手册  -  SLKOR  - 2022/9/24 PDF 英文 下载

SLKOR MOSFET选型表

SLKOR提供以下参数的MOSFET选型,Vᴅss(V):-60~650,Vɢs(V):±8~±30,Iᴅ@Tᴄ=25℃(A):-70~100及多种不同的封装方式,如:SOT-23,SOP-8和TO-252-3不等

产品型号
品类
N/P
Vᴅss(V)
Iᴅ@Tᴄ=25℃(A)
Pᴅ@Tᴄ=25℃(W)
Vɢs(V)
Rᴅs(on)(mΩ)Max.@Tᴄ=25℃(at Vɢs=4.5V)
Rᴅs(on)(mΩ)Max.@Tᴄ=25℃(at Vɢs=2.5V)
Package
SL2333A
MOSFET
P
-12
-6
1.2
±8
40
50
SOT-23

选型表  -  SLKOR 立即选型

数据手册  -  SLKOR  - Rev.1  - 20 July 2018 PDF 英文 下载

数据手册  -  SLKOR  - 2022/7/30 PDF 英文 下载

The 200V/19A N-channel MOSFET IRF640, An Ideal Switching Component In the Motor Drive Systems of New Energy Vehicles

The IRF640 is an N-channel MOSFET with a 200V drain-source voltage and continuous drain current of 18A. It is known for its low on-state resistance (150mΩ at 10V, 11A) and relatively low threshold voltage (3V at 250μA). These characteristics make the IRF640 an ideal switching component in the motor drive systems of new energy vehicles, especially in situations requiring high efficiency and precise control. It is suitable for various medium-voltage switching and power control applications.

产品    发布时间 : 2024-03-30

IRF9540 P-Channel MOSFET

型号- IRF9540

数据手册  -  SLKOR  - Rev.1  - 08 May 2016 PDF 英文 下载

数据手册  -  SLKOR  - 2022/6/2 PDF 英文 下载

展开更多

电子商城

查看更多

品牌:SLKOR

品类:N-Channel Power MOSFET

价格:¥0.1500

现货: 100

品牌:SLKOR

品类:P-Channel Power MOSFET

价格:¥0.3125

现货: 100

品牌:SLKOR

品类:P-Channel Power MOSFET

价格:¥0.2000

现货: 50

品牌:SLKOR

品类:N-Channel Power MOSFET

价格:¥0.2125

现货: 50

品牌:SLKOR

品类:N-Channel Power MOSFET

价格:¥0.2125

现货: 50

品牌:SLKOR

品类:N-Channel Power MOSFET

价格:¥0.1000

现货: 50

品牌:SLKOR

品类:P-Channel Power MOSFET

价格:¥0.1500

现货: 50

品牌:SLKOR

品类:N-Channel Power MOSFET

价格:¥0.1025

现货: 50

品牌:SLKOR

品类:P-Channel Power MOSFET

价格:¥0.1750

现货: 50

品牌:SLKOR

品类:P-Channel Power MOSFET

价格:¥0.3125

现货: 50

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

现货市场

查看更多

品牌:RENESAS

品类:16-BIT MCU

价格:¥5.5190

现货:910,635

品牌:扬杰科技

品类:Mosfet

价格:¥1.0500

现货:500,000

品牌:捷捷微电

品类:MOSFET

价格:¥0.7000

现货:500,000

品牌:MCC

品类:MOSFET

价格:¥0.1627

现货:305,993

品牌:RENESAS

品类:MOSFET

价格:¥0.2360

现货:263,268

品牌:TOSHIBA

品类:MOSFET

价格:¥0.2034

现货:251,269

品牌:RENESAS

品类:MOSFET

价格:¥0.4460

现货:222,500

品牌:RENESAS

品类:MCU

价格:¥5.1500

现货:200,000

品牌:RENESAS

品类:MOSFET

价格:¥1.3640

现货:196,984

品牌:MCC

品类:MOSFET管

价格:¥0.3248

现货:168,278

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

服务

查看更多

TFT LCD液晶显示屏/模组定制

可定制显示屏的尺寸0.96”~15.6”,分辨率80*160~3840*2160,TN/IPS视角,支持RGB、MCU、SPI、MIPI、LVDS、HDMI接口,配套定制玻璃、背光、FPCA/PCBA。

最小起订量: 1000 提交需求>

MCU烧录/Flash烧录/CPLD烧录

可烧录IC封装SOP/MSOP/SSOP/TSOP/TSSOP/PLCC/QFP/QFN/MLP/MLF/BGA/CSP/SOT/DFN;IC包装Tray/Tube/Tape;IC厂商不限,交期1-3天。支持IC测试(FT/SLT),管装、托盘装、卷带装包装转换,IC打印标记加工。

最小起订量: 1pcs 提交需求>

查看更多

授权代理品牌:接插件及结构件

查看更多

授权代理品牌:部件、组件及配件

查看更多

授权代理品牌:电源及模块

查看更多

授权代理品牌:电子材料

查看更多

授权代理品牌:仪器仪表及测试配组件

查看更多

授权代理品牌:电工工具及材料

查看更多

授权代理品牌:机械电子元件

查看更多

授权代理品牌:加工与定制

世强和原厂的技术专家将在一个工作日内解答,帮助您快速完成研发及采购。
我要提问

954668/400-830-1766(工作日 9:00-18:00)

service@sekorm.com

研发客服
商务客服
服务热线

联系我们

954668/400-830-1766(工作日 9:00-18:00)

service@sekorm.com

投诉与建议

E-mail:claim@sekorm.com

商务合作

E-mail:contact@sekorm.com

收藏
收藏当前页面