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　　关键字: 变频器；嵌入式；以太网；

　　1 引言

　　随着现代控制理论、电力电子技术、计算机控制技术和传感器技术的发展，整个拖动领域正在进行一场革命，交流电机的调速理论取得了突破性的进展，交流传动取代直流传动已成为不可逆转的趋势。变频器以其节能显著、过载能力强、调速精度高、响应速度快、保护功能完善、使用和维护方便等优点在交流传动领域的应用将越来越广泛。本文研究了一种基于嵌入式系统的网络变频器设计过程。

　　2 变频器的硬件设计

　　2.1 主电路设计

　　变频器根据主电路的设计不同，可以分为交-交、交-直-交变频器和电压型、电流型变频器，它们均有各自的特点。本文设计的变频器属

　　PM20CSJ060内部集成6个IGBT、栅极驱动电路、欠电压、过流、过热、短路等保护电路以及故障信号输出电路。P, N分别为直流输入正负端;U, V, W为三相交流电压输出端;VUP1~VUPC, VVP1~VVPC, VWP1~VWPC, VN1~VNC是4组独立的驱动电源，前3组分别供给U, V, W 3个上桥臂元件，第4组电源供给3个下桥臂元件和制动回路元件;UP, VP,WP, UN, VN, WN分别为6个IGBT的基极驱动输入信号，它们都是低电平有效的电平信号，与外部控制电路之间通过光电隔离;F0是IPM模块内故障检测电路的输出信号，当其为低电平时，表示模块发生了过流、短路、欠电压或过热中的某种故障，它只是向外部控制电路提供指示信号，即使外部控制电路不采取措施，模块也会通过自保护电路封锁基极驱动信号，从而将自己保护起来。由于PM20CSJ060具有自保护功能，故不需要在整个系统中为所有的IGBT提供过流、过压、过热保护电路了。

　　图1 变频器主电路

　　2.2 控制电路设计

　　变频器控制电路以ARM单片机LPC2292为控制核心，主要由电源电路、交流电压电流检测电路、直流电压检测电路、故障检测与处理电路、PWM脉冲输出电路、LCD显示和键盘输入电路等构成。

　　1、电源电路

　　控制电路所需的电源除了4组IGBT驱动电源+15V以外，单片机LPC2292本身也需要工作电源，其CPU内核需要+1.8V电源;I/O端口需要+3.3V电源。因此控制电路需要3种电压的电源。4组+15V的电源我们是通过4个三端稳压器LM7815来实现的;而+1.8V和+3.3V电源则利用三端稳压器LM7805和LDO芯片(低压差电源芯片)共同来实现。

　　2、交流电流电压检测电路

　　交流侧的每相电流检测采用的是TA17系列电流互感器TA17-04，由运算放大电路将互感器输出的电流信号转换成对应的电压信号，供单片机采样。图2(a)所示的是其中A相的电流检测电路。TA17-04的输入电流范围为0~40A，输出电流范围为0~20mA，而单片机的采样电压范围为0~3V，所以取反馈电阻Rf1=150Ω。另外图中的电容Cr，和可调电阻r1用来补偿相移。

　　(a) 相电流检测电路    

　(b) 相电压检测电路

　　图2交流电流电压检测电路

　　3、直流电压检测电路

　　直流电压检测是通过取滤波电容两端电压，经过电阻分压后转换成0~5V电压信号，然后经过线性光电耦合器6N138整定为0~3V的电压信号，通过电压跟随器输出供单片机A/D通道采样。

　　4、故障检测与处理电路

　　PM20CSJ060有自保护功能，当出现过流、欠压、短路或过热时，IMP的栅极驱动单元就会关断电流并输出一个故障信号(FO);当U, V或W相的任一个上桥臂出现故障时，也会从相应的输出端输出故障信号，另外系统增加的过压/欠压保护电路也有两个故障输出端。所有些故障信号都是低电平有效，因此我们可以通过一个与门将这些故障输出端相与后送到单片机的中断口，不过有些端口在与之前先要进行光耦隔离。