摘要：目前電子信息技術(shù)快速發(fā)展，而電子信息設(shè)備的可靠運(yùn)行，對(duì)環(huán)境的溫度濕度等有較高的要求，因此精密空調(diào)應(yīng)運(yùn)而生，并得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。精密空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器作為汽車的空調(diào)控制系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的能源驅(qū)動(dòng)設(shè)備，是普遍使用的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)中的一個(gè)極為關(guān)鍵的部位，因而也逐漸成為空調(diào)制冷行業(yè)的一個(gè)備受關(guān)注的研究重點(diǎn)。本文所介紹的新型精密空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器的設(shè)計(jì)和組裝從客戶的實(shí)際需求出發(fā)，在兼顧普通使用的控制器電路的功能基礎(chǔ)之上，增加了多種系統(tǒng)防護(hù)和保護(hù)功能。在此行業(yè)同類產(chǎn)品中處于較為先進(jìn)的水平。該精密空調(diào)控制器采用調(diào)壓調(diào)速方法，由主電路和控制電路兩部分組成，微電路處理器的芯片組采用DSP芯片MC56F8025，它是Freescale公司生產(chǎn)的最為先進(jìn)精密的控制器芯片組。

前言

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們也越來(lái)越重視電子設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。電子設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，不僅依賴于設(shè)備自身設(shè)計(jì)的可靠性，還在很大的程度上受到周圍環(huán)境的影響。如果環(huán)境變化很快，或者忽高忽低極不穩(wěn)定，一定會(huì)影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行，縮短其使用壽命。日常生活中所見(jiàn)的的空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器的電子電路的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，功能極其單一，并且不具有可恢復(fù)性，顯然是不能滿足設(shè)計(jì)的苛刻的要求的。因此我們需要一種具有更高性能和精度的空調(diào)來(lái)滿足此要求，因此精密空調(diào)便產(chǎn)生了，并很快應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)中。目前在精密空調(diào)風(fēng)機(jī)控制器中，動(dòng)力設(shè)備應(yīng)用較多的是三相異步電動(dòng)機(jī)。眾所周知的是異步電動(dòng)機(jī)具有多種調(diào)速方法，現(xiàn)在最常運(yùn)用的是變頻調(diào)速，但是由于變頻調(diào)速具有成本較高，電磁干擾對(duì)精度影響較大，控制較為困難的缺點(diǎn)，在很多場(chǎng)合下使用受到限制。在此前提下控制器結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉的調(diào)壓調(diào)速控制器便在精密空調(diào)風(fēng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

1.精密空調(diào)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)微型控制器而發(fā)展的電子技術(shù)的飛速發(fā)展及電力電子器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用極大地推動(dòng)了精密空調(diào)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的高速發(fā)展和技術(shù)上的不斷完善。由于變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方式是改變改變定子的供電頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速，調(diào)頻的精度得以保證。因此變頻調(diào)速的調(diào)速性能具有高精度、高效率、高范圍的特點(diǎn)。雖然目前變頻調(diào)速是主流方向，但是仍存在很多問(wèn)題，例如成本高，元器件規(guī)格要求高，電路復(fù)雜，結(jié)構(gòu)和控制方法復(fù)雜，損壞后維修成本高等。最主要的是變頻調(diào)速過(guò)程中產(chǎn)生的高次諧波會(huì)對(duì)鄰近的用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染，危害周圍設(shè)備的健康運(yùn)行。

2.空調(diào)風(fēng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

空調(diào)風(fēng)機(jī)采用的是三相異步電動(dòng)機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組采用的是三角型連接方式，每一相繞組和一個(gè)TRIAC串聯(lián)后分別連接到三相電源的三相。DSP產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖經(jīng)過(guò)光耦合隔離后將光耦的受控側(cè)導(dǎo)通，TRIAC的門極經(jīng)過(guò)光耦與輸入電源側(cè)聯(lián)通，當(dāng)門極通過(guò)足夠的電流時(shí)，將TRIAC導(dǎo)通，通過(guò)改變TRIAC的觸發(fā)角來(lái)控制電壓的有效值。三相交流調(diào)壓調(diào)速電路采用的是三相三線式，定子的各相電壓和穩(wěn)態(tài)時(shí)的各相電流都是對(duì)稱的。每半個(gè)周期控制一次TRIAC觸發(fā)角，以此來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，達(dá)調(diào)速目的。異步電機(jī)是阻感性負(fù)載，在通過(guò)的電壓為零時(shí)電流并不為零，故晶閘管的導(dǎo)通情況不僅僅與觸發(fā)角有關(guān)，還與電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)角有關(guān)。

2.1 控制電路硬件設(shè)計(jì)

控制電路使用Freescale公司研制的MC56F825，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制，并對(duì)電壓過(guò)零點(diǎn)、電流、環(huán)境溫度等多個(gè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。時(shí)鐘信號(hào)輸入采用的是8MHz外部晶振經(jīng)過(guò)內(nèi)部倍頻產(chǎn)生32MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘。控制芯片MC56F825采集冷凝管壓力信號(hào)、電流信號(hào)、電壓過(guò)零信號(hào)、經(jīng)過(guò)軟件處理后，輸出觸發(fā)脈沖：在控制電路中設(shè)有三路過(guò)零檢測(cè)電路，利用控制芯片所具有的三個(gè)中斷分別對(duì)線電壓進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)，然后通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)缺相、相序檢測(cè)和頻率異常檢測(cè)，另設(shè)有風(fēng)機(jī)工作電流檢測(cè)電路，對(duì)一相線電流進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合過(guò)零信號(hào)計(jì)算風(fēng)機(jī)工作時(shí)的功率因數(shù)角。控制器采用MAXIM公司研發(fā)的MAX3232收發(fā)器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)控制器和PC機(jī)之間的串行通信。另外，控制器設(shè)有雙向可控硅溫度檢測(cè)電路、環(huán)境溫度檢測(cè)電路等一系列異常檢測(cè)電路，以及按鍵、數(shù)碼管這些簡(jiǎn)單方便的人機(jī)接口。控制器使用DSP芯片，它具有成本低、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)控制、運(yùn)動(dòng)控制、電源管理和醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備等。56F8025系列DSP擁有豐富的外設(shè)接口，每一個(gè)外設(shè)接口均可單獨(dú)關(guān)閉，這樣便可節(jié)省外力。

精密空調(diào)一般使用在電子信息設(shè)備比較多的場(chǎng)所，電磁干擾大，極容易對(duì)風(fēng)機(jī)控制器的控制芯片造成干擾，使得系統(tǒng)無(wú)法正常工作。故為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除了在電路設(shè)計(jì)及PCB制版中添加防干擾措施，還在系統(tǒng)中增加了外部看門狗模塊，這樣當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可讓控制芯片復(fù)位，即可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 控制電路軟件的設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)DSP控制調(diào)壓調(diào)速的關(guān)鍵是軟件程序。控制芯片MC56F8025通過(guò)中斷獲取三相輸入電壓的過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)AD獲取冷凝管的壓力信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到TRIAC觸發(fā)脈沖的角度，然后通過(guò)IO輸出的方式輸出觸發(fā)脈沖。DSP同時(shí)分析處理獲取的三個(gè)線電壓的過(guò)零信號(hào)，進(jìn)行缺相相序檢測(cè)以及頻率異常檢測(cè)。另外DSP還對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行分析，并在控制器出現(xiàn)異常時(shí)做出相應(yīng)的保護(hù)措施，同時(shí)通過(guò)數(shù)碼管顯示異常原因。

3.主電路硬件設(shè)計(jì)

主電路采用雙向可控硅觸發(fā)電路。該電路使用MOC3061系列光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，此光電耦合器的輸出為正弦波，波形沒(méi)有畸變、無(wú)噪音，可以用直流低電壓小電流來(lái)控制高電壓、大電流。而且具有成本較低、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。雙向可控硅觸發(fā)電路是主電路中非常關(guān)鍵的部位，該部位電路的損壞會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。故必須設(shè)計(jì)保護(hù)電路以便對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。雙向可控硅的保護(hù)主要包括以下兩種：電壓保護(hù)、電流保護(hù)。電路正常工作時(shí)，我們把超過(guò)雙向可控硅能承受的最高峰值電壓的最大脈沖稱為過(guò)電壓，過(guò)電壓產(chǎn)生的原因有很多，包括電網(wǎng)電壓的激烈波動(dòng)或者干擾、雷擊等。另外，當(dāng)雙向可控硅關(guān)斷，正向的電流下降至零時(shí)，他的內(nèi)部會(huì)殘留很多的截流子，在反向電流作用下，也會(huì)產(chǎn)生非常高的電流尖峰，若這個(gè)尖峰超過(guò)了雙向可控硅允許的最大峰值電流，就會(huì)損壞元器件。

4.結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在精密空調(diào)風(fēng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)多采用變頻調(diào)速的方式，但是變頻調(diào)速在實(shí)際應(yīng)用中有種種限制，因此文章介紹了一種比較先進(jìn)的基于DSP的空調(diào)風(fēng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制器。它在兼顧普通控制器功能的同時(shí)，還克服了普通風(fēng)機(jī)控制器保護(hù)后不能回復(fù)的弱點(diǎn)。過(guò)零檢測(cè)快速準(zhǔn)確，可保證調(diào)壓調(diào)速的動(dòng)靜態(tài)性能。 

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