超小型高性价比通用工业变频器

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1、超小型高性价比通用工业变频器杨喜军，陈辉上海新源变频电器股份有限公司摘要：描述了MOTOROLA电动机运动控制专用8位微控制器MC68HC908MR16（MR16）的工作原理，介绍了MR16为核心控制器的一种高性能价格比小功率通用变频器产品的硬件和软件设计方法，最后给出了这种工业变频器的几种实际应用举例，并且提供了部分实验结果和变频器外型尺寸。关键词：工业变频器，微控制器，MC68HC908MR16GeneralIndustryInverterwithSuper-smallOutlineandHighPerformance-c

2、ostRatioYangXi-jun,ChenHuiShanghaiShinyuanInverterElectricCo.,LtdAbstract：PrincipleofMC68HC908MR16isdepicted,whichisa8-bitmicro-controllerdedicatedformotormotioncontrolanddevelopedbyMOTOROLA.Further,alow-powergeneralindustryinverterisalsodescribedjustemployingtheMR1

3、6askernelcontrollerincludingitshardwareandsoftwaredesigns.Finally,sometypicalpracticalapplicationsaregiven,soaresomeexperimentalresultsandoutlinepicture.Keyword：IndustryInverter,MCU,MC68HC908MR161引言随着变频技术的进步，变频器的市场越来越大，几乎已经用到所有需要电气传动调速的场合。在目前在小功率变频调速领域，尤其是采用几千瓦以下变频器

4、的场合，存在着以下一些特点：（1）应用场合广泛，市场需求大，前景十分可观；（2）一般调速精度要求不高，可以采用容易实现的转矩/转差补偿算法，也可以采用复杂的矢量或直接转矩控制算法，但这一般都需要采用高端处理器；（3）大都使用价格较高的16位单片机作为核心控制器，而且采取全隔离硬件设计，造成变频器价格比较高；（4）变频算法一般采用传统的SPWM和分扇区处理的SVPWM方法，它们在变频理解和程序编制方面存在一些缺憾，或多或少影响了变频性能。基于以上几点，认为在硬件设计上，应该采用高性能低成本8位微控制器代替价格较高的16位单片机作

5、为小功率变频器的核心控制器，而且应该采用非隔离驱动方式；在控制算法上采用更加通用的开关函数法，这样的小功率变频器会更有市场，本文就探讨了采用MR16高性能MCU、非隔离驱动方式与开关函数控制方法的小功率变频器产品设计方法。2MR16微控制器特点[1]MR16微控制器采用高性能的M68HC08体系结构，兼容M6805、M146805和M68HC905系列，内部总线频率为8MHz，片内资非常丰富：768字节RAM，16K字节FLASH存储器，12位6路中心对准或边沿对准的脉冲宽度调制输出PWM，串行外围接口模块（SPI），异步串行

6、通讯接口模块（SCI），16位4通道定时器模块（TIMA），16位2通道定时器接口模块（TIMB），时钟产生模块（CGM），10位10通道AD转换器（ADC）以及COP、低电压检测、非法指令和非法寻址复位等保护功能。此外，MR16采用的中央处理单元CPU08具有以下特点：增强的M68HC05编程模式；扩展的锁相环控制功能；16位寻址模式；16位指针寄存器和堆栈指针；内存间的数据直接传送；快速8位乘法指令和16位除法指令；BCD调整指令；支持C语言编程等。MR16是一款高性价比电动机控制专用芯片，非常适合与异步电动机的变频控制，

7、也可用于直流无刷电动机（同步电动机）的运动控制。3硬件设计超小型高性价比通用工业变频器的整个硬件系统采用共地方案，主回路采用单电源智能功率模块（IPM），控制回路以MR16为核心控制芯片，使得整个系统设计结构简洁，性能提高，成本达到最低。3.1功率电路设计变频器功率电路采用典型的交-直-交电压型功率变换结构，其结构图如图1所示。电网输入电压经过由滤波电容C1、C2和压敏电阻ZMR1组成的滤波网络，滤去外界干扰信号，以便保护后级电路，其中C1、C2作用为滤去差模干扰信号和共模干扰信号，ZMR1作用为吸收尖峰干扰电压。为了使得直流

8、侧电压脉动平缓，在直流侧并联了三个滤波平滑电解电容E1、E2和E3，这样可得到稳定的直流电压。直流侧电阻R1用于刚通电时对电容E1、E2和E3的充电限流，冲击电流过后，继电器吸合，将电阻R1短路，以减小对回路的损耗。电容C3的作用是吸收直流侧的突波电压。功率级回路的核心部分是