3）變頻器以太網接口電路的硬件設計

從硬件的角度看，以太網接口電路主要由MAC控制器和物理層接口（PHY）兩大部分構成，目前常見的以太網接口芯片，如RTL8019， RTL8029， RTL8039， CS8900等，其內部結構也主要包含這兩部分。本文在設計以太網接口電路時，采用RTL8019AS作為以太網接口芯片，接口電路的電路圖如圖4所示，其中FC-518LS是網絡隔離變壓器。

前面講過變頻器控制電路的設計，其中實現(xiàn)整個系統(tǒng)控制功能的是微處理器LPC2292。由圖4可以看到，實現(xiàn)此變頻器的以太網接口功能，采用的微處理器仍然是LPC2292。那么也就是說，LPC2292除了實現(xiàn)SVPWM波形的產生以外，還要負責與外界網絡的數(shù)據(jù)交換。LPC2292采用PHILIPS LPC2292微處理器，可實現(xiàn)高達60MHz工作頻率，片內晶體振蕩器和片內PLL。LPC2292是一款基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持實時仿真和跟蹤的CPU，并帶有256 k字節(jié)（kB）嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。 LPC2292采用144腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC、2路高級CAN通道、PWM輸出以及多達9個的外部中斷，這款微控制器特別適合自動化、工業(yè)控制、汽車、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和故障容限維護總線等應用領域。其內部可用GPIOs范圍為76腳（外部存儲區(qū)）到112腳（單片）。由于內置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網關、協(xié)議轉換器、嵌入式軟件調制解調器以及其它各種類型的應用。

圖4以太網接口電路圖

6n138應用電路圖（二）

數(shù)字控制變頻器系統(tǒng)主要由主電路和控制電路組成，主電路采用典型的電壓型交－直－交通用變頻器結構；控制電路主要包括DSP數(shù)字控制器，由DSP、驅動電路、檢測電路、保護電路以及輔助電源電路組成。主電路和控制電路原理系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

主電路設計

數(shù)字控制變頻器主電路的原理結構圖如圖2所示，由濾波、整流、中間濾波、泵升吸收和逆變部分組成。輸入功率級采用三相橋式不可控全波整流電路，整流輸出經過中間環(huán)節(jié)大電容濾波，獲得平滑的直流電壓。逆變部分通過功率管的導通和關斷，輸出交變的脈沖電壓序列。

整流電路將交流動力電變?yōu)橹绷麟?，本系統(tǒng)采用不可控全波整流模塊6RI75G-120。為防止電網或逆變器等產生的尖峰電壓對整流電路的沖擊，在直流輸出側并聯(lián)了一個可吸收高頻電壓的聚脂乙烯電容C4，取值為0.22 μF。整流電路輸出的直流電壓含有脈動成分，逆變部分產生的脈動電流及負載變化也為直流電壓脈動，由C1、C2濾波，取值為450 V、470 μF；R2、R3為均壓電阻，取值為5 W、100 kΩ；R1為充電限流電阻。啟動變頻器后經1 s～2 s，由J2繼電器短路，以減少變頻器正常工作時在中間直流環(huán)節(jié)上的功耗。逆變部分電路采用EUPEC的FF300R12KE3集成模塊，其內部集成了2個IGBT單元，比較適合變頻逆變驅動，其具體極限參數(shù)：集射極電壓VCES=1 200 V ，結溫80 ℃時集射極電流ICE=300 A，結溫25 ℃時集射極電流ICE=480 A，允許過流600 A，時間為1 ms，功率損耗為1 450 W，門極驅動電壓為±20 V。

如圖2所示，TL、RL構成泵升電壓吸收電路，當電機負載進入制動狀態(tài)時，反饋電流將向中間直流回路電容充電，導致直流電壓上升。當直流電壓上升到一定值時，控制TL導通，使這部分能量消耗在電阻RL上，確保變頻器可靠安全地工作。此外，由J1常閉觸點與R4組成斷電能量釋放電路。當系統(tǒng)發(fā)生故障或關機時，繼電器J1斷電，通過其常開觸點，將變頻器與電網斷開；而常閉觸點閉合，利用R4為中間回路大電容所儲存的能量提高釋放通道。

圖2 主電路原理結構圖

以TMS320F2812為核心的數(shù)字控制電路如圖3所示。從圖中可以看出，控制系統(tǒng)主要包括：DSP及其外圍電路、信號檢測與調理電路、驅動電路和保護電路。其中，信號檢測與調理電路主要完成對圖2輸出電流和輸出電壓采樣、A/D等功能，DSP產生脈沖信號，通過D/A轉換后驅動功率開關管U1～U6。

圖3 變頻器數(shù)字控制系統(tǒng)框圖

TMS320LF240片內集成了采樣保持電路和模擬多路轉換器的雙十位A/D轉換，為了盡量充分利用芯片資源，采用了片內A/D轉換進行設計。使用雙減法電流［6］采樣電路，采樣方案中的運算放大器是TLC2274。第一運放U8A的輸出電壓為：

其中R1=R2，R3=Rn，則：

同樣，第二運放U8A的輸出電壓為：

從霍爾電流傳感器輸出的Ui=2.5±△V，此電壓先后施加到由TLC2274構成的兩個減法電路上，第一路以Ui減去傳感器采樣結果的中值參考電壓Uref（2.5V），然后再線性放大到A/D采樣所要求的電壓范圍；第二路則相反，再中值參考電壓Uref減去傳感器輸出電壓Ui，同樣也線性放大到合適的電壓范圍。Z1、Z2為兩個3.3V的穩(wěn)壓二極管，對運放輸出電壓起到限幅作用。當Ui值》Uref時，Uo1輸出為正電壓，且電壓范圍是0-3.3V，而由于二極管D2的存在使得電流不能注入到運放中，故而第二路運放不能輸出負電壓，而是鉗位在0V；當Ui值《Uref時，Uo2輸出為正電壓?，F(xiàn)樣由于二極管D1在存在使得第一路運放不能輸出負電壓，也是鉗位在0V。在一個正弦波周期內的某一時刻只會有一路信號輸出，這比常規(guī)方法采樣窗口要寬一倍，從而提高了采樣精度。

由于電機啟動時的電流非常大或因控制回路、驅動電路等誤動作，造成輸出電路短路等故障，導致過大的電流流過IGBT，且電流變化非常快，元件承受高電壓、大電流，因此需要一種能快速檢測出過大電流的電路?？梢圆捎?SD315A自身檢測和檢測直流母線的雙重檢測以及在故障發(fā)生時，采用軟、硬件同時封鎖的方法。直流母線電壓的變化，對整個逆變系統(tǒng)有較大的影響。當母線電壓過低，電網輸出不能達到系統(tǒng)要求時，需要盡快切斷電源，防止對電機或者逆變系統(tǒng)造成破壞；相反，母線電壓過高，很容易使功率驅動管燒毀。為有效地保護功率IGBT和直流濾波電容，系統(tǒng)設計了母線電壓過欠壓保護電路，故障檢測原理如圖4所示。圖中6N138為一個線性光電隔離器，輸出電壓信號與母線電壓成正比，當通過光電隔離器件后，可以直接供給DSP控制系統(tǒng)進行采樣。同時，將輸出Vlimit信號送至DSP，觸發(fā)中斷保護。

圖4 故障檢測原理圖