基于瑞萨单片机的交流感应电机驱动电路的设计

在表1中，“0”表示开关管关断，而“1”表示导通。由于电流在一个PWM周期内几乎不变，因此只需要在一个PWM周期内采样两次即可得到该时刻电机每一相电流的状态，因为三相电流之和为零。
单电阻采样会遇到一些挑战，空间矢量脉宽调制器(SVPWM)在空间矢量的扇区边界和低速调制区域的时候，会存在占空比两长一短和两短一长以及三个几乎一样长的时刻。这样，如果有效矢量持续的时间少于电流采样时间，则会出错。本方案采取的办法是在相邻边界的时候插入固定时间的有效矢量，而在低速调制区域的时候，采用轮流插入有效矢量的方法。插入有效矢量会给电流波形带来失真，这种情况下需要通过软件来进行补偿。
单电阻采样的优点除了降低系统的成本，还有就是它检测三相电流时都基于相同的增益和偏移，一致性好。缺点也是明显的，对于MCU来说，算法复杂了其运算时间要增大，代码比三电阻也要长一些；对于电流检测而言，其波形失真比起三电阻方法要稍大。单电阻采样的性能对于变频空调的应用是完全可以胜任的，而且成本低廉，这也就是大部分家电厂家都愿意选择单电阻采样的原因所在。
2．4 速度检测电路
位置式传感器在交流感应电动机中起着测定转子位置及速度的作用，作为逻辑开关电路提供正确的位置信息，即将转子磁钢的磁极位置信号转换成电信号。然后去控制定子绕组换相。该设计采用FUS1881(霍尔传感器)，电机转子转动一周给单片机输入8个脉冲，从而控制交流感应电机运动并且使控制程序简单。霍尔检测电路如图6所示。

3 EMC措施
该硬件系统的电磁兼容(EMC)抗干扰设计主要有以下几个方面：电源输入的防雷、滤波处理，接地技术，屏蔽技术，隔离技术，印刷电路板设计。
3．1 电源输入的滤波处理
如图7所示，L101和C102与C103构成了共模扼流圈。这是一个低通滤波电路所构成的电源滤波器。实施对暂态电压波形中高频分量的初次衰减。它允许直流或50 Hz电流通过，对频率较高的干扰信号有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此电源滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。注意，当工作电流超过额定电流时，滤波器中的电感磁芯会发生饱和现象，使实际电感量减小，导致滤波器的高频滤波性能降低。因此，确定滤波器的额定工作电流时，取实际电流值的1．5倍。压敏电阻V101起抑制差模过电压与增加泄流限压作用。

3．2 IGBT保护电路
如图2所示为功率驱动放大电路，加在IGBT上的正向电压上升率dv／dt如果过大，由于结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流有可能起到触发电流的作用，使IGBT正向阻断能力下降，严重时引起误导通。为抑制dv／dt的作用，在IGBT门级与栅极两端并联电阻吸收回路并增加双向续流二极管回路，抑制较大的位移电流，并利用电阻把这部分能量消耗掉。同理，该保护回路对电路中的高频骚扰信号也可以起到衰减和抑制的作用。
3．3 其他
由于系统的供电较多，对模拟地、数字地等进行了妥善处理。此外还注意外壳接地，驱动芯片IRS2136S的每个输入端增加了小电容，以提高可靠性。在PCB板设计的时，注意了走线方式，线宽、过孔处理等。

4 结语
本文所设计的基于瑞萨单片机的交流感应电机的控制电路，结合先进的三相功率驱动芯片IRS2136S，采用6个单管IGBT及单电阻采样，降低了生产成本；增加EMC措施，使系统工作更加稳定、可靠。本文充分利用R8C／Tiny系列CPU内核的优势——丰富的固件库函数，缩短了开发周期。实践应用表明，基于瑞萨单片机的交流感应电机控制电路具有良好的动态性能，系统工作稳定可靠，效率高、低成本，节能及噪音小等特点，完全能够满足家用电器的实际使用要求。