ADMC331在全数字化逆变电源中的应用

1 引言

随着信息技术的发展，逆变电源越来越广泛地被应用于通信、军事、航空、航天等领域。传统的逆变电源多为模拟 控制或者模拟与数字相结合的控制系统，其可靠性 差、结构复杂、成本偏高且不利于产品更新换代。现代的逆变电源正朝着全数字化、智能化及网络化的方向发展。随着高性能的数字信号处理器（DSP）的出现， 逆变电源全数字化的实现已经成为可能。本文在对ADMC331进行详细分析的基础上，介绍了ADMC331控制器在全数字化逆变电源中的具体应用。

2  ADMC331的结构特点

ADMC331是美国模拟器件公司（ADI）推出的基于DSP技术的电机控制器，它在内部集成了一个 26MIPS（每秒百万条指令）的定点数字信号处理器 内核，同时内部还包括整套电机控制外围线路，从而为用户快速、高效地开发电机控制器创造了十分有利的条件。ADMC331的功能框图如图1所示，其主要特 性如下：

●采用16位定点ADSP—2171作为内核，与ADSP－2100数字信号处理系列的代码完全兼容；它具有三个独立的全功能计算单元，即： 一个16位算术/逻辑单元（ALU）、一个32位乘法累加器（MAC）和一个32位桶形移位器（SHIFTER）；同时具有两个独立的数据地址发生器 （DAGs）和一个强大的程序时序器。由于该器件的体系结构为并行结构，因而可加快程序的执行。



●单周期指令执行时间为38.5ns（外接13MHz晶振），可实现：产生下一个程序地址、取下一条指令、执行一个或两个数据移动操作、更新一个或两个数据地址指针、执行一个计算操作等功能。

●内置有2k×24位程序存储器ROM，2k×24位程序存储器RAM和1k×16位数据存储器RAM。

●具有一个三相16位基于中点的脉宽调制（PWM）发生器，能够灵活编程产生具有处理器最小开销的高精度PWM信号。

●带有2路8位辅助脉宽调制（AUXPWM）通道，频率可编程。

●具有七路Σ－Δ型A/D变换通道，最高分辨率为12位，最大采样频率可达32.5kHz。

●具有24个可编程数字输入输出（PIO）口，可单独设置成输入或输出，支持状态变化中断。

●提供了2个双缓冲同步串行口（SPORT0，SPORT1），可完成串行通讯和多处理器间的通信。

●带有实时中断的16位看门狗定时器。

●内部程序存储器ROM固化了一些实用程序，方便了系统的程序设计，减少了数字控制系统的程序计算时间。

3 应用举例

用ADMC331构成全数字化逆变电源的结构图如图2所示。



3.1 PWM信号的形成

一般的全数字化逆变电源必须产生4路精确的PWM定时信号以驱动IGBT逆变桥，与此同时，驱动每对功率管 的PWM信号必须有一段的导通延时，以防止上下 桥臂功率开关同时导通毁坏系统。PWM信号的产生是由ADMC331内的PWM控制器来完成的，而ADMC331中PWM发生单元的灵活性和可编程性完全 能够满足不同方式的数字PWM的方法的要求。图3为ADMC331三相PWM控制器的功能框图。

　　ADMC331的PWM单元是建立在一个独立的三相定时器基础上，它可由三个确定的周期寄存器来控制，每个周期寄存器控制一对PWM输出。控制 所需的 DSP程序可根据应用场合的要求以及所需要的PWM方案来编制。图中PWMPOL可依据门极驱动电路的逻辑和结构来选择PWM输出的极性，输出的每一路 PWM信号都能通过独立的使能寄存器PWMSEG来决定输出使能或禁止。PWMTRIP是硬件保护电路，当这个引脚为低电平时，整个系统被无条件复位以对 整个电路进行保护。此外还有时钟输出信号CLKOUT和PWM的同步信号PWMSYNC等。



3.2 模数（A/D）转换接口电路

ADMC331内的A/D转换器由7个模拟输入通道和比较器等电路组成，数据转换是通过判断模拟输入量与片 内高稳定度锯齿波的交点来实现的。考虑到A/D 转换器能接受的电平范围为0～＋5V，因此必须将电压互感器检测的电压和电流传感器检测的电流（转换为电压量）按照一定比例转换到这个范围内。输出电压和 电流检测接口电路分别如图4和图5所示，这部分电路的输入阻抗应比较大，以尽量减少对设备信号的影响，并且输出阻抗应同A/D转换器的输入阻抗相匹配。

3.3 保护措施

为了保证IGBT模块的正常安全运行，防止异常现象造成器件损坏和系统崩溃，一定要有完善的保护措施。全数 字化逆变电源保护电路采用一片GAL芯片来对主 电路传送来的系统过流、过压、欠压、异常等故障信号进行封锁。当出现任何一种上述故障时，保护电路产生的信号可通过硬件方式直接封锁逆变桥驱动信号的输 出，这样既保证了系统对故障响应的快速性和可靠性，同时保护信号也可通过数字PIO口送入ADMC331以供软件查询，并由此判断系统是否有故障产生以及 故障的类型，以便系统能够提供相应的故障处理程序和报警显示。

另外，ADMC331还外接了一个存储有程序执行指令机器码的E2PROM，这些指令可在上电后通过串行口程序自行导入，并且采用MAX232芯片作为TTL与RS232的电平转换，以实现ADMC331与外界的通讯。



4 结束语