- 探究ADMC331在全數字化逆變電源中的應用
- 學習 模數（A/D）轉換接口電路
- 采用GAL來對主電路傳送來的故障信號進行封鎖
- 采用高性能嵌入式DSP電機控制器ADMC331設計
1 引言
隨著信息技術的發展，逆變電源越來越廣泛地被應用于通信、軍事、航空、航天等領域。傳統的逆變電源多為模擬控制或者模擬與數字相結合的控制系統，其可靠性差、結構復雜、成本偏高且不利于產品更新換代。現代的逆變電源正朝著全數字化、智能化及網絡化的方向發展。隨著高性能的數字信號處理器（DSP）的出現，逆變電源全數字化的實現已經成為可能。本文在對ADMC331進行詳細分析的基礎上，介紹了ADMC331控制器在全數字化逆變電源中的具體應用。
2 ADMC331的結構特點
ADMC331是美國模擬器件公司（ADI）推出的基于DSP技術的電機控制器，它在內部集成了一個26MIPS（每秒百萬條指令）的定點數字信號處理器內核，同時內部還包括整套電機控制外圍線路，從而為用戶快速、高效地開發電機控制器創造了十分有利的條件。ADMC331的功能框圖如圖1所示，其主要特性如下：
●采用16位定點ADSP—2171作為內核，與ADSP－2100數字信號處理系列的代碼完全兼容；它具有三個獨立的全功能計算單元，即：一個16位算術/邏輯單元（ALU）、一個32位乘法累加器（MAC）和一個32位桶形移位器（SHIFTER）；同時具有兩個獨立的數據地址發生器（DAGs）和一個強大的程序時序器。由于該器件的體系結構為并行結構，因而可加快程序的執行。
●單周期指令執行時間為38.5ns（外接13MHz晶振），可實現：產生下一個程序地址、取下一條指令、執行一個或兩個數據移動操作、更新一個或兩個數據地址指針、執行一個計算操作等功能。
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●內置有2k×24位程序存儲器ROM，2k×24位程序存儲器RAM和1k×16位數據存儲器RAM。
●具有一個三相16位基于中點的脈寬調制（PWM）發生器，能夠靈活編程產生具有處理器最小開銷的高精度PWM信號。
●帶有2路8位輔助脈寬調制（AUXPWM）通道，頻率可編程。
●具有七路Σ－Δ型A/D變換通道，最高分辨率為12位，最大采樣頻率可達32.5kHz。
●具有24個可編程數字輸入輸出（PIO）口，可單獨設置成輸入或輸出，支持狀態變化中斷。
●提供了2個雙緩沖同步串行口（SPORT0，SPORT1），可完成串行通訊和多處理器間的通信。
●帶有實時中斷的16位看門狗定時器。
●內部程序存儲器ROM固化了一些實用程序，方便了系統的程序設計，減少了數字控制系統的程序計算時間。
3 應用舉例
用ADMC331構成全數字化逆變電源的結構圖如圖2所示。
3.1 PWM信號的形成
一般的全數字化逆變電源必須產生4路精確的PWM定時信號以驅動IGBT逆變橋，與此同時，驅動每對功率管的PWM信號必須有一段的導通延時，以防止上下橋臂功率開關同時導通毀壞系統。PWM信號的產生是由ADMC331內的PWM控制器來完成的，而ADMC331中PWM發生單元的靈活性和可編程性完全能夠滿足不同方式的數字PWM的方法的要求。圖3為ADMC331三相PWM控制器的功能框圖。
ADMC331的PWM單元是建立在一個獨立的三相定時器基礎上，它可由三個確定的周期寄存器來控制，每個周期寄存器控制一對PWM輸出。控制所需的 DSP程序可根據應用場合的要求以及所需要的PWM方案來編制。圖中PWMPOL可依據門極驅動電路的邏輯和結構來選擇PWM輸出的極性，輸出的每一路 PWM信號都能通過獨立的使能寄存器PWMSEG來決定輸出使能或禁止。PWMTRIP是硬件保護電路，當這個引腳為低電平時，整個系統被無條件復位以對整個電路進行保護。此外還有時鐘輸出信號CLKOUT和PWM的同步信號PWMSYNC等。
3.2 模數（A/D）轉換接口電路
ADMC331內的A/D轉換器由7個模擬輸入通道和比較器等電路組成，數據轉換是通過判斷模擬輸入量與片內高穩定度鋸齒波的交點來實現的。考慮到A/D 轉換器能接受的電平范圍為0～＋5V，因此必須將電壓互感器檢測的電壓和電流傳感器檢測的電流（轉換為電壓量）按照一定比例轉換到這個范圍內。輸出電壓和電流檢測接口電路分別如圖4和圖5所示，這部分電路的輸入阻抗應比較大，以盡量減少對設備信號的影響，并且輸出阻抗應同A/D轉換器的輸入阻抗相匹配。
3.3 保護措施
為了保證IGBT模塊的正常安全運行，防止異常現象造成器件損壞和系統崩潰，一定要有完善的保護措施。全數字化逆變電源保護電路采用一片GAL芯片來對主電路傳送來的系統過流、過壓、欠壓、異常等故障信號進行封鎖。當出現任何一種上述故障時，保護電路產生的信號可通過硬件方式直接封鎖逆變橋驅動信號的輸出，這樣既保證了系統對故障響應的快速性和可靠性，同時保護信號也可通過數字PIO口送入ADMC331以供軟件查詢，并由此判斷系統是否有故障產生以及故障的類型，以便系統能夠提供相應的故障處理程序和報警顯示。
另外，ADMC331還外接了一個存儲有程序執行指令機器碼的E2PROM，這些指令可在上電后通過串行口程序自行導入，并且采用MAX232芯片作為TTL與RS232的電平轉換，以實現ADMC331與外界的通訊。
4 結束語
隨著對綠色家用電器要求的不斷增強，開發環保無污染的電源已是當務之急。采用高性能嵌入式DSP電機控制器ADMC331設計的綠色環保逆變電源，可以實現真正意義上的全數字化控制，它不僅提高了控制電路的集成度，更重要的是提高了控制電路乃至整個系統的可靠性和可塑性。
