基于DSP和IPM的变频调速系统的硬件设计

硬件设计要点

　　根据笔者设计该系统的经验，硬件设计应注意以下方面，以提高系统抗干扰性，使之在强干扰的现场工业环境中能可靠稳定运行。

　　·虽然DIP-IPM模块可由DSP直接驱动，但实际调试时发现，在上电及对DSP进行flash编程过程中，DSP的引脚有时会出现不确定状态，产生干扰脉冲导致IPM的上、下臂IGBT直通引起短路保护动作。故我们在DSP到IPM的两组触发脉冲通道中分别加了一个八通道、双电源3态门转换收发芯片74LVC4245，该芯片的输出使能端由一个简单的逻辑门电路控制，如图3所示。以确保在上电及对DSP进行flash编程时不会有干扰脉冲误触发IPM。

图3 控制触发脉冲通道通、断的逻辑门电路

　　·为防止信号振荡，应在各输入端加RC退耦电路。对两组触发脉冲来说，RC电路一来可滤掉干扰脉冲，二来还可限制输入脉冲的最小脉宽。RC容量的选择要和PWM的载波频率匹配，使得既能滤掉干扰信号，又不对触发脉冲造成畸变。因为DIP-IPM输入部分IC内置2.5KΩ（min）下拉电阻，故RC中R阻值的选择应注意使分压后的信号值满足DIP-IPM的输入电平阈值要求。

　　·DIP-IPM还有一个很实用的功能：短路保护。在本系统的软件调试过程中，该功能多次发挥作用，可靠地保护了模块，使本系统样机调试过程中IPM模块无一损坏。但要使该功能可靠发挥作用，应注意以下两点：

　　1）外部电流检测电阻的信号回路必须设置RC滤波电路，以免短路保护误动作。RC时间常数的选择要考虑IGBT的硬中断能力，一般推荐为1.5~2μS，最大不超过6μS。时间常数过短可能引起短路保护误动作，过长则可能超出IPM模块的耐受能力，不能有效保护IPM模块。

　　2）外部电流检测电阻应为无感电阻，该电阻及其信号引线到IPM模块对应引脚的布线应尽可能短，以免由引线电感干扰引起短路保护误动作。

　　·PCB布板时应注意采取以下抗干扰措施：

　　1）强电（功率部分）和弱电（控制部分）从区域上分开。

　　2）数字地（控制地）和模拟地（功率地）分开布局，只能在一点相接。一定要注意避免功率地线上的电流流经控制地线，以免引入地线干扰。

　　3）PCB上IPM模块相邻触发脉冲引脚间可开槽，避免相互干扰。

　　4）电流检测电阻及其信号线、触发脉冲信号及所有电容到IPM模块的布线要尽可能短，尽量降低其引线电感引起的干扰。

结语：

　　该系统已批量生产上千台，投入现场连续运行三年多。实际运行表明，该系统运行稳定，工作良好。可以预计，DSP+IPM模式将是紧凑型变频调速系统的发展方向之一。

参考文献：

[1] TMS320LF2407A DSP controller，TI，2002
[2] DIP-IPM version3 应用技术资料，三菱电机株式会社，2003