μPD789842在变频空调中的应用

    关键词：变频调速；逆变器；SPWM

变频调速具有优良的调速性能，而数字变频调速则使得变频调速的应用技术更加先进。μＰＤ７８９８４２是ＮＥＣ公司生产的专用于控制三相逆变器的单片机。它有三相ＰＷＭ输出，可驱动ＩＰＭ智能功率模块，实现交－直－交数字变频调速。与使用普通单片机实现交－直－交数字变频调速的方法相比，用μＰＤ７８９８４２实现交－直－交数字变频调速具有硬件功能更强、软件编程更加方便的特点。下面以μＰＤ７８９８４２在变频空调控制器中的应用为例说明用μＰＤ７８９８４２ 实现数字变频调速的方法。

１　μＰＤ７８９８４２的功能

１．１ μＰＤ７８９８４２的资源配置

μＰＤ７８９８４２的管脚排列如图１所示。其内部资源配置如下：

● ＲＯＭ：８ｋＢ；

● ＲＡＭ：２５６字节；

● ＳＦＲ：２５６字节；

● Ｉ／Ｏ口：Ｐ０?８位）?Ｐ１（８位），Ｐ２（６位多功能口），Ｐ６（８位多功能口）；

● ＵＡＲＴ：１路；

● 定时器：６路。其中１０位逆变器控制定时器１路，８位定时器／事件计数器２路，８位定时器计数器１路，计时定时器１路，看门狗定时器１路；

● ８位Ａ／Ｄ转换：８路；

● 乘法器：１０位×１０位；

● 矢量中断源：１５个；

● 电源电压：４．０～５．５Ｖ；

● 晶振：８．３８ＭＨｚ（最小指令执行时间为０．９６μｓ?。

１．２ μＰＤ７８９８４２的功能

采用μＰＤ７８９８４２作变频空调室外机的ＭＣＵ的原理图如图２所示。图中，μＰＤ７８９８４２的ＴＯ７０～ＴＯ７５输出的三相ＰＷＭ信号可用于驱动ＩＰＭ，而从ＴＯＦＦ７输入到ＩＰＭ的故障信号则用于保护ＩＰＭ。环境温度和电流电压等模拟量从Ｐ６口输入。工作时，μＰＤ７８９８４２将检测到的信息通过ＵＡＲＴ传给室外机。本设计将室外机作为上位机，室内机作为下位机。当室外机将频率信号传给室内机后，室内机即可输出所希望的正弦ＰＷＭ信号（ＳＰＷＭ）。

２　ＳＰＷＭ的实现

２．１ 逆变器控制定时器

逆变器控制定时器的功能框图如图３所示。其中定时器ＴＭ７为１０位加减计数器，其值的大小决定着载波频率；ＣＭ０～ＣＭ３为１０位比较寄存器，其值大小决定方波的占空比；ＢＦＣＭ０～ＢＦＣＭ３为缓冲寄存器；ＤＴＩＭＥ为死区时间重载寄存器；ＤＴＭ０～ＤＴＭ２为死区时间定时器。

２．２ ＰＷＭ波形的产生

用定时器ＴＭ７产生ＰＷＭ波形的原理如图４所示。由该波形图可见：当定时器ＴＭ７向上／下计数到与ＣＭ０～ＣＭ２比较寄存器的值相等时，ＴＯ７０～ＴＯ７５输出将发生翻转，而当定时器ＴＭ７向下计数到零时，系统将产生中断，这时，各寄存器将重新赋值，为下一轮输出作准备。

图4 PWM波形原理图

    ２．３ ＳＰＷＭ波形的产生

在输出ＰＷＭ波形的基础上，当ＣＭ０～ＣＭ２比较寄存器的值按正弦规律变化时，ＴＯ７０～ＴＯ７５将输出正弦ＰＷＭ波形。因而可先作一张正弦函数表放在ＲＯＭ或外部Ｅ２ＰＲＯＭ中用于查表。室外机频率值和载波频率决定载波比λ，然后由λ计算出查正弦函数表的步长（即调频）；而在调压时，则可根据异步电机的工作原理和Ｖ／Ｆ控制原则，制作一张Ｖ／Ｆ曲线表放在ＲＯＭ中，然后由室外机频率值查表得到电压值，并由电压值计算出对应的调制度α。如需考虑直流电压变化，还可根据其变化对调制度α进行补偿。图５给出了变频控制模块的软件流程图。

3　结束语

在进行数字变频时，采用异步调制较为方便。设计时可以根据压缩机数据来决定载波频率和载波比λ的范围。一般μＰＤ７８９８４２的载波频率约为３ｋＨｚ，输出频率为１０～１１０Ｈｚ。在压缩机的额定工作点时，其谐波最小，因而效果也最好。