ZHCU753A January   2022  – October 2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 TMS320F2800137
      2. 2.3.2 TMS320F280025C
      3. 2.3.3 TMS320F280039C
      4. 2.3.4 UCC28740
      5. 2.3.5 UCC27517
      6. 2.3.6 TLV9062
      7. 2.3.7 TLV76733
    4. 2.4 系统设计原理
      1. 2.4.1 交错式 PFC
        1. 2.4.1.1 全桥二极管整流器额定值
        2. 2.4.1.2 电感器额定值
        3. 2.4.1.3 交流电压检测
        4. 2.4.1.4 直流链路电压检测
        5. 2.4.1.5 总线电流检测
        6. 2.4.1.6 直流链路电容器额定值
        7. 2.4.1.7 MOSFET 额定值
        8. 2.4.1.8 二极管额定值
      2. 2.4.2 三相 PMSM 驱动器
        1. 2.4.2.1 PM 同步电机的磁场定向控制
        2. 2.4.2.2 PM 同步电机的无传感器控制
          1. 2.4.2.2.1 具有锁相环的增强型滑模观测器
            1. 2.4.2.2.1.1 IPMSM 的数学模型和 FOC 结构
            2. 2.4.2.2.1.2 IPMSM 的 ESMO 设计
            3. 2.4.2.2.1.3 使用 PLL 的转子位置和转速估算
        3. 2.4.2.3 弱磁 (FW) 和每安培最大扭矩 (MTPA) 控制
        4. 2.4.2.4 具有自动振动补偿功能的压缩机驱动器
        5. 2.4.2.5 具有快速启动功能的风扇驱动器
        6. 2.4.2.6 电机驱动器的硬件必要条件
          1. 2.4.2.6.1 电机电流反馈
            1. 2.4.2.6.1.1 采用三分流器的电流检测
            2. 2.4.2.6.1.2 采用单分流器的电流检测
          2. 2.4.2.6.2 电机电压反馈
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 入门硬件
      1. 3.1.1 硬件板概述
      2. 3.1.2 测试条件：
      3. 3.1.3 电路板检验所需测试设备
      4. 3.1.4 测试设置
    2. 3.2 固件入门
      1. 3.2.1 下载并安装电路板测试所需的软件
      2. 3.2.2 打开 CCS 内的工程
      3. 3.2.3 工程结构
    3. 3.3 测试步骤
      1. 3.3.1 构建级别 1：CPU 和电路板设置
        1. 3.3.1.1 启动 CCS 并打开工程
        2. 3.3.1.2 构建和加载工程
        3. 3.3.1.3 设置调试环境窗口
        4. 3.3.1.4 运行代码
      2. 3.3.2 构建级别 2：带 ADC 反馈的开环检查
        1. 3.3.2.1 启动 CCS 并打开工程
        2. 3.3.2.2 构建和加载工程
        3. 3.3.2.3 设置调试环境窗口
        4. 3.3.2.4 运行代码
      3. 3.3.3 构建级别 3：闭合电流环路检查
        1. 3.3.3.1 启动 CCS 并打开工程
        2. 3.3.3.2 构建和加载工程
        3. 3.3.3.3 设置调试环境窗口
        4. 3.3.3.4 运行代码
      4. 3.3.4 版本级别 4：完全 PFC 和电机驱动控制
        1. 3.3.4.1  启动 CCS 并打开工程
        2. 3.3.4.2  构建和加载工程
        3. 3.3.4.3  设置调试环境窗口
        4. 3.3.4.4  运行代码
        5. 3.3.4.5  运行系统
        6. 3.3.4.6  调整电机驱动 FOC 参数
        7. 3.3.4.7  调整 PFC 参数
        8. 3.3.4.8  调整弱磁和 MTPA 控制参数
        9. 3.3.4.9  调整快速启动控制参数
        10. 3.3.4.10 调整振动补偿参数
        11. 3.3.4.11 调整电流检测参数
    4. 3.4 测试结果
      1. 3.4.1 性能数据和曲线
      2. 3.4.2 函数波形
      3. 3.4.3 瞬态波形
      4. 3.4.4 MCU CPU 负载、存储器和外设使用
        1. 3.4.4.1 完全实现的 CPU 负载
        2. 3.4.4.2 存储器使用
        3. 3.4.4.3 外设使用
    5. 3.5 将固件迁移至新的硬件板
      1. 3.5.1 配置 PWM、CMPSS 和 ADC 模块
      2. 3.5.2 设置硬件板参数
      3. 3.5.3 配置故障保护参数
      4. 3.5.4 设置电机电气参数
      5. 3.5.5 设置 PFC 控制参数
  9. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 物料清单
      3. 4.1.3 Altium 工程
      4. 4.1.4 Gerber 文件
      5. 4.1.5 PCB 布局指南
    2. 4.2 软件文件
    3. 4.3 文档支持
    4. 4.4 支持资源
    5. 4.5 商标
  10. 5术语
  11. 6修订历史记录

2.4.2.4 具有自动振动补偿功能的压缩机驱动器

振动和噪声可能成为空调压缩机应用中的一个问题，因为它们会导致不良的最终用户体验，以及由于应力而产生的机械故障。压缩机应用包含脉动负载，这取决于机械角度（如图 2-27 所示），可能会导致电机振动和可闻噪声。产生振动和噪声的原因有多种，主要原因是负载特性产生的振动。本指南还将介绍一种新的动态和自适应补偿方法，详细说明其工作原理和所需的最小调整。

图 2-27 负载扭矩波形

振动补偿算法在电机运行时学习负载曲线，当转速控制器尝试纠正这些负载变化时以及学习负载后，该算法将用于提取与机械角度相关的负载信息，并使用该信息作为转速控制器中的前馈。如图 2-28 所示，在 FOC 系统中添加了一个称为动态振动补偿 的新块，用于学习扭矩负载，以允许向转速控制器添加前馈项（采用转速控制器所生成输出的求和点形式）。

图 2-28 具有振动补偿功能、基于 FOC 的电机驱动器方框图

该算法需要四个主要块才能工作：

  1. 具有前馈输入的转速控制器
  2. 用于保存学习曲线的表
  3. 一种基于索引提取该表的特定成员的方法
  4. 计算用于更新学习曲线的索引和用于从该表中提取值的高级索引

该算法能够根据两个输入动态学习负载曲线：

  1. 电角度信息。从图 2-28 中显示的左下角开始，振动补偿模块所需的第一个输入是机械角度。这是根据电角度和极对数计算得出的。机械角度不需要与电角度同步。例如，机械角度零在物理上不必是电角度零。这是因为振动补偿模块将根据提供的机械角度学习负载，而与相对于轴物理位置的机械角度大小无关。
  2. 测量的电流值（对于 FOC 为 Iq），决定电机的扭矩。

然后实现振动补偿模块。在该实现中，模块需要四个参数。

  1. 相位超前。这是相对于机械角度访问所学负载的方式。如果相位超前为零，则 IqRef_ff 上的加载值将对应于提供的机械角度。如果相位超前为 10，则 IqRef_ff 上的加载值将对应于机械角度加上 10 度机械角度（范围为 0 至 360 度）。
  2. 学习速度。这个参数值的范围为 0 至 1，它本质上反映负载学习有多快（抗噪性能较低）或者有多慢（抗噪性能较高）。
  3. 点数。这是用于学习曲线的补偿表点数。
  4. 极对。这是电机的极数。

然后是转速控制器和 Iq 控制器之间的求和点。这时使用振动补偿模块的输出，以帮助转速控制器使用该项。该技术也称为前馈，因为可以根据提供的机械角度预先知道负载。

振动补偿模块获知负载后，转速控制器将校正负载变化的瞬态，这与自然机械负载和机械角度之间的关系无关，振动补偿模块已对其进行了补偿。为了说明振动补偿模块如何提供帮助，让我们看看下图，其中显示了禁用振动补偿时的转速控制器输出。很明显，转速控制器增益需要足够高，以跟踪电机在每个周期旋转时的负载变化。

调整学习速度

可以根据两个因素来调整学习速度。第一考虑因素是用户想要多快地学习曲线，第二个考虑因素是学习曲线的输入中有多少噪声。第二个考虑因素很重要，因为噪声不仅来自电流检测方法本身，还来自系统中的微小机械扰动，它们不是周期性的，我们希望将其滤除，而不将其包含在我们的补偿表中。如果学习速度过低，那么对于特定的应用而言，学习时间可能会过长，因此需要做出权衡。

调整相位角

在离散系统中，在向电机输出电压时存在多个延迟，并且还存在与检测电流相关的延迟。例如，在处理器中实现 FOC 系统时，输出电压通常会通过具有延迟的脉宽调制器 (PWM)。利用该相位超前参数，可以通过从学习表中提供以表位置为单位的数字来微调该延迟，以便可以将适当的输出应用于转速控制器的前馈输入。调整该参数的最简单方法是在应用动态补偿后查看转速变化，然后调整该值以实现最小的转速变化。