- 数字PFC控制：实现电机控制系统监控的增值

系统工作原理

通过I2C/PMBus接口实现处理器与PFC控制器的通信,I2C数字隔 离器提供域之间的接口,如图5所示。处理器位于SELV电气域 内,PFC控制器参考高压域内的直流总线通用电轨。三相逆变器 的栅极驱动器开关信号通过双通道隔离器,从处理器PWM模块路 由输出。I2C接口的数据和时钟信号以及通用数字信号同样通过数 字隔离器路由。

图5. 数字信号隔离。

PFC控制器管理升压PFC电路的控制和监控。这些任务从主电机控 制软件的流程中分流至低优先级的程序中,如图6所示。PFC控制 器参数在启动期间配置。如果已有该功能,则通常可以通过将 配置参数写入控制器IC的EEPROM存储器而跳过该步骤。如图6所 示,在典型电机控制系统中,速度和电流测量以及PWM控制器更 新将作为高优先级中断处理,而电流测量与PWM信号同步。可设 置PFC控制器以便处理输入侧测量,比如输入交流线路电压和电 流、直流总线电压、输入功率、PFC电路温度。这些测量对于电 机控制算法而言不算关键,不过直流总线电压测量对于无传感器 算法可能比较重要。但这些测量对于整体系统级监控和控制器优 化而言比较重要。它们可以进而由低优先级I2C数据处理任务或中 断例程请求和处理,并且计划速率匹配系统监控时间常数。

图6. 主电机控制程序结构。

图7所示为平台的Micrium ProbeTM用户界面,其中直流总线基准 电压设为250 V。可以清楚看到交流和直流侧的监控变量以及电 机控制。

图7. 用户界面。

结论

由此节省的额外传感器、数字I/O和处理器上的模拟引脚,以 及调节和解释测量变量的软件开销可能意味着处理器成本的下 降,只要选择性能较低的变体,或者释放处理器硬件和软件空 间供其他优先级更高或系统增强型功能使用就可以实现。

本例中,相对于交流线路电压的系统启动序列,直流总线欠压、 过压和交流侧过流保护均通过PFC控制器实现。然而,必须谨慎 地进行整体系统设计,因为主控制处理器应始终由PFC控制器负 责控制或保护,以便在受到副边影响时不会独立执行操作。这种 情况的一个例子便是PFC控制器由于直流总线瞬变过压(比如因为 电机制动事件)而经历了一次全局PWM信号禁用。如果控制器未 能检测到该事件,则它将试图调节PWM输出(不会成功)以保持工 作点。如果PFC控制器在过压瞬变消失后重新使能PWM,则系统 可能会由于PWM占空比的突然大幅增加而出现副边故障。因此, 管理PFC控制器与电机控制处理器之间的保护通信和时序时必须 非常仔细。

总之,若在较低成本的模拟PFC控制器与更为昂贵的数字控制器 之间选择,那么潜在的权衡取舍就应当不仅根据PFC电路自身进 行评估,还应考虑数字控制器更强大的功能所带来的潜在系统级 功能、增强性和成本的下降。本文旨在强调部分关键系统级增强 特性,使用了ADP1047以及单相电机驱动系统作为示例。

参考文献

[1] L. Rossetto, G. Spiazzi, 和 P. Tenti.“Control Techniques for Power Factor Correction Converters (功率因数校正转换器的控制技术)”。Proc. Int. Conf. Power Electron. Motion Control. Warsaw, Poland, 1994, pp.

[2] T. Friedli 和 J.W. Kolar.“The Essence of Three-Phase PFC Rectifier Systems (三相PFC整流器系统的本质)”。电信能源会议(INTELEC), 2011 IEEE 33rd International, Vol., No., pp. 2011年10月。

[3]

[4] controllers-power-metering/ADP1047.html