基于TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告

1、基于 TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告姓名：班级：学号：目录基于2407A的交流电机驱动平台控制板设计报告 1一、课程设计目的 1二、2407A 介绍 1三、总体设计 2四、详细设计 31最小系统32检测电路53 .转速给定64. PWM 输出75. 保护及故障处理电路 76 显示及人机交互电路 77通信电路8五、总结 9基于2407A的交流电机驱动平台控制板设计报告一、课程设计目的:1. 初步掌握交流电机驱动控制器的原理和结构2 掌握交流电机驱动控制各个部分的实现原理和方法3. 掌握电机控制专用DSP的原理和使用4. 掌握电机驱动控制中的电力电子电路原理和使用方法5

2、. PROTE原理图和印刷电路图的设计、2407A介绍TMS320LF2407A是TI公司C2XX系列DSP内核和I/O均采用3.3V供电，因 此功耗较低。2407A的运行速度最高可达40MIPS,内部集成了 2个8通道的AD 转换器。同时，2407A还集成了两个专门用于电机控制的事件管理器（EV）每 个EV包含两个16位通用定时器，3个捕获单元，一个光电编码器接口模块，可 以输出8路16位PWM信号，并可以插入死区。此外，2407A还包含SCI CAN SPI等接口模块及大量I/O接口。由于2407A性能相对优良，而价格相对较低， 因此在电机控制、电力电子等领域获得了广泛使用。Bssn ss

3、s &怯宇【 rsp. gA 带. -US-DB_ IH.UJL 臺匕 Er 畧 a-LMddA WK Rpn 2THE* TD REHPFI I 071( PEPIVTJb TJFWM.TSauFjCPFJ nl PLLFJ ruMw TfS；阴mi t TPWUTKWF KFBS I WWOAX 口口且皿九旧知” DM ( 笙融 l磐淮PCS (AMib111215 1? IT 佃163J21 3?23加JIK33TMS320LF2407A.PGEs- .3I osiEl二 审 OWhMd KEQd37 &EQ.9E 畫1s =2 a? bnLQ-sf5*UM 口 lipWioe104 i

4、OS. m101ICO*4sa40TB7BItfsChUJmkxi: j 心 ftCSaOCimi3JMCWO1MKH05aDChuJ WCHW Jaccrct 心討科R3Jbwjc 伽 CArMEPlRyE7 ?Vsa 皿 JPSJ 5J 0EF4 KFFSCAH GEPZ H?刊M三、总体设计控制板电路要素：1, DSP最小系统2, 速度反馈电路3，电流反馈电路4,速度给定电路5，PWM输出保护电路6, 功率板接口电路7，HMI和通信接口电路8，其他电路在众多的交流电机控制系统中，矢量控制技术性能最佳，但也最为复杂。根据矢量控制技术的要求，系统通过测量电机的转速、定子电流、定子电压，按 照

5、一定的控制算法调节PWM波的输出，实现电机的转速及转矩控制。同时考虑 到电路的启动和运行安全、人机交互及通信等，将系统的控制部分总体结构设计 如下图所示：系统主要包括：DSP核心系统，电流、电压、转速、温度等检测电路，转速 的给定电路，PWM输出及保护电路，通信接口电路，人机交互模块，以及一些其他的保护电路四、详细设计根据总体设计，对各个子模块的设计如下：1 .最小系统DSP最小系统是保证一个DSP能够正常运行的最小系统，除了 DSP,还包括 电源模块、片外存储器模块、JTAG接口、振荡及锁相环电路。 电源模块：控制板是一个3.3V和5V混合的系统，外部为控制板提供的只 有5V电源，因此需要使

6、用电源芯片将5V转化成3.3V。并且，供给AD模块作为 基准电压的电源VCCA( 3.3V)是模拟信号，要和3.3V的数字电源隔离。此外， 还应加上复位电路，实现上电复位和硬件复位。设计的电路如下：VCCX电源转换电路复位电路 片外存储电路：由于LF2407A内部存储空间有限，因此必须外接存储芯片扩展，以实现程序的在线下载仿真。系统选用64KX16位的IS61LV6416SRAM芯片来扩展，将PS DS相和后，作为片选信号，可以同时扩展程序空间、数据空 间。设计电路如下：Z：WC131 Y Y T YIDTO LT5fl碗lAlBri h3a?b4amT:3.223T5 J. 3*1-1011

7、 L- 1- n n hM CJ S - - F o-Et一二？二 rr.ACtr3 二二匚0 JTAG接 口电路：C2XX系列DSP需外接仿真器实现在线仿真，LF2407A采 用14针的JTAG乍为仿真接口。电路如下： 振荡及锁相环电路：LF2407A内部集成有振荡电路，只需外接晶振实现起 振即可，系统选用20Mhz的晶振。同时，LF2407A内部集成有锁相环电路（PLL， 可实现倍频，但须外接滤波电路。电路设计如下：r r.l I f | | r2 检测电路系统需采集定子电流、母线电压和实际转速参和控制，同时需采集电力电子 器件的温度及泵升电压以保证安全运行。通过功率板及电机上的传感器采集

8、数 据，经过控制板的调理，送入 DSP实现AD转换。 电流检测：电流采集通过电压型电流霍尔传感器实现，将霍尔传感器的 输出经过滤波、分压后输入 DSP由于三相电流只有两项独立，因此只需米集两 路电流即可。电流检测处理电路设计如下： 电压检测：电压检测采用电阻分压的形式实现，通过模拟光耦差分输出 到控制板，经过控制板的滤波、调理后输入 DSP实现AD转换。设计电路如下：U35AR662KTL.C-?*-TJXOC-lu 温度检测：为保证电力电子器件（IGBT或IPM模块）的安全，应检测器件 的温度，当温度过高，采取一定措施，避免器件损坏。系统采用热敏电阻（HTC）温度传感器在功率板上采集温度，经

9、过控制板的调理输出DSP电路如下：12V、, JOON T- - ; - .-CfiO102其中电阻R67的阻值大小根据传感器来选取。 转速检测：转速通过安装在电机轴上的光电编码器来检测，观点编码器 输出的差分信号经过控制板的调理，将 A、B、Z三路信号中的A、B输入到EV 的QEP模块，实现转速测定。电路如下：考虑到同步电机的控制，因此系统还应检测 U、V、W,电路完全相同。3. 转速给定转速的给定可以通过数字方式给定， 也可以通过模拟的方式给定。系统选用 模拟给定的方式，通过调节电位器分压，输入到 DSP的AD模块，来实现转速的 设定。电路如图所示：4. PWM输出系统通过输出PWM波，经

10、光耦隔离来控制电力电子器件的开通和关断。设 计的PWM输出电路如下所示，缓冲器74HC245用来增强PWM输出引脚的驱动 能力。系统采用PWM低有效，应保持同一桥臂上的器件不同时导通，为保证安 全，将PWM信号经过或、和非后作为缓冲器的输出允许信号。当任意一桥臂上 的两个信号同时有效时，PWM信号将不能输出。Hotc -E o JIs 6 7 B B B B B B B-B gAOAL誥蛊第嗣U34PUTW1匚1A1BA3SA延S-BGND MC1YNC vccm|WC5.保护及故障处理电路系统将功率板上输入的故障信号输入到 DSP的PDPINTA引脚，当出现过压、 过流等故障时，系统将产生中

11、断，进行相应的故障处理。系统输出的故障处理信号包括PV、FAN当泵升电压过高时，PV信号有效，控制母线间的开关器件开 通，通过电阻耗能。当器件温度过高时，FAN信号有效，打开风扇。此外，还有 SFT信号用来实现软启动。6 显示及人机交互电路系统包含四位数码管来显示转速（实际转速、给定转速），数码管采用静态 显示，通过四块CD4094的级联来控制。数据的输入通过SP接口中的SIMOCPICLK 来实现。电路如下：此外，还有四位拨码开关来进行操作的输入，四个LED灯来指示运行状态。7 通信电路系统设计了串行通信接口实现和上位 PC机的通信，设计了 CAN通信接口用 于扩展通信。电路如下：VCCU9

12、LFfCANIX 1nCJtNHjj?CANL1口 -CAN收发接口S EL co串行通信接口（1）.串行通信接口串口通信口（ SC）是一种采用两根信号线的异步串行通信接口。MAX3232是RS232的专用收发器件，进行典型连接，以此来进行通讯。采用专有低压差发 送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的 RS-232性 能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。max3232确保在120kbps数 据速率，同时保持RS-232输出电平。max3232具有二 路接收器和二路驱动器， 提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命。关断模 式下，

13、接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗 1uA电源电流，max3232的引脚、封装和功能分别和工业标准 MAX242和MAX232兼容其中232RX是RS232的接收数据端；232TX是RS232的发送数据端；SC1TXD 是TTL/CMOS的输入端，SCI异步串行口接收数据引脚；SC1TXD是 TTL/CMOS的 输出端，连接到DSP板的SCI异步串行口发送数据引脚。DB9头各管脚定义：1、载波检测DCD 2、接收数据RXD; 3、发送数据TXD; 4、数据终端准备 好DTR 5、信号地SG; 6数据准备好DSR;7请求发送RTS 8清除发送CTS 9、振铃提示RI(2). CAN收发接口由于TMS320LF2407A采用3.3V供电，所以我们选用了 3.3V供电的CAN总 线收发驱动芯片SN65