凌阳SPMC75F2313在横机变频器上的应用

北京凌阳爱普科技有限公司





摘 要：本文主要介绍凌阳16位工业级单片机SPMC75F2313配合6管IGBT开发的横机专用变频器，该 变频器具有成本低，性能高、便于客户量产等优点，在横机机械生产及半自动横机改造领域有着广泛的应用。



关键词：SPMC75F2313、横机变频器


1 引言
随着针织机械技术的发展、科技的进步，对针织机械自动化技术的要求也越来越高，变频调速技术在针织机械中的应用，也将越来越普遍。

针织机械领域，在原有手摇式针织横机的基础上，为了实现电气自动控制运行代替手动操作的目的，在原有横机的基础上加装马达传动系统、微电脑控制系统，完成横机的自动化改造。

本文以凌阳SPMC75为基础，开发出针织横机专用变频器。下面将详细介绍其原理。

2 总体方案介绍
本方案采用凌阳16位高性能单片机SPMC75F2313A和6管IGBT组成的三相桥电路组成，带有硬件保护电路。系统方框图如图所示：



3 横机变频器功能介绍
3.1 性能规格
输入：

■ 输入电源电压 ：单相，220V，50/60Hz

■ 容许波动 : 电压 -15%—10%，频率 ±5%

■ 额定电流设定 : 8~12A可调，超过额定电流的60%显示过载提示

■ 变频控制方式 ：电位器、按键、485通讯、端子控制

输出：

■ 最大驱动能力 ：1.5KW三相感应电机

■ 极限驱动能力 : 2.2KW三相感应电机

■ 载波频率 : 10K

■ 基本频率 : 20-300Hz

■ 启动频率 : 0.1-300Hz可调

■ 输出频率 : 0-300Hz可调

■ 上限频率 : 10-300Hz可调

■ 下限频率 : 0.1-300Hz可调

■ 最高输出电压 ：可调（≤220V）

■ 最低输出电压 ：可调（≥2V）

■ 加速时间 ：1~999秒可调

■ 减速时间 ：1~999秒可调

■ 最小调整频率 ：0.15Hz

3.2 按键功能说明
按键
功能说明

MODE
正常显示与设置切换，读出功能号数据，数据写入确认

MOV
显示状态切换；功能组和功能号的选择切换，设定数据的修改

UP
功能号和数据递增

DOWN
功能号和数据递减

START
变频器运行命令

STOP
变频器停止命令、故障复位命令




4 硬件系统设计
4.1 功率逆变部分
该方案功率逆变部分采用6管IGBT单管组成，具有成本低、可靠性高等特点。如图所示：



4.2 逆变桥驱动电路
逆变桥驱动电路采用光耦A314J驱动，采用自举电路方式，实现上下桥臂的驱动。





4.3 过载保护电路
该方案过载保护电路采用硬件保护机制，减少了软件处理延时，保护效果更明显。



4.4 开关电源电路




4.5 芯片特性简介
本系统是基于SPMC75F2313A实现的横机变频器方案，下面介绍SPMC75F2313A的特性。

SPMC75F2313A 是μ’nSP系列产品的一个新成员，是凌阳科技新推出的一个16位结构的微控制器。与其它μ’nSP产品不同的是，SPMC75F2313A主要应用在工控或是家电的变频驱动领域。由于其拥有出色性能定时器PWM信号发生器组。因此，SPMC75F2313A可以方便的实现各种电机驱动方案。
SPMC75F2313A在4.5V～5.5V工作电压范围内的工作速度范围为0～24MHz，拥有2K字SRAM和32K字闪存ROM；64个可编程的多功能I/O端口；5个通用16位定时器/计数器，且每个定时器均有PWM发生的事件捕获功能；2个专用于定时可编程周期定时器；可编程看门狗；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换。SPMC75F2313A在电机控制领域有相当优秀的表现。

特性包括：

◆ 凌阳16位μ’nSP处理器(ISA 1.2)

◆ 工作电压： 内核：4.5V～5.5V

◆ 最高运行速度：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)

◆ 总计33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个用于脉宽调制，2个用于速度捕获，1个用于速度反馈环。

◆ MCP定时器3支持 TIO3A～TIO3F, MCP定时器4支持 TIO4A～TIO4F

◆ 脉宽调制定时器支持递增/递减计数

◆ PDC定时器0/1均支持3通道的TIO0A～TIO0C输入捕获

◆ TPM定时器2支持捕获/脉宽调制

◆ 12个16位脉宽调制输出

◆ 2通道的电机驱动脉宽调制输出(互补的3相6路脉宽调制输出)

◆ TIO3A～TIO3F利用 MCP 定时器3工作, TIO4A～TIO4F利用MCP定时器4工作

◆ 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

5 结语
该系统硬件结构简单，功能比较复杂，技术含量较高，采用的技术处于领先水平。电机驱动部分可以实现不同转速的平稳运行，保证输出力矩恒定等优点。和其配套的控制器可以将编制的花样设计转化成程序控制，根据客户的不同要求完成不同类的编制动作。该变频器有较强的兼容性，可以适用于不同型号的横机控制系统。