1 簡介
與傳統的單相交流電機相比，PMSM電機的效率更高、噪聲更低，因此被廣泛應用於家用 電冰箱壓縮機中。典型的冰箱電氣控制系統包含2個控制板，一個用於控制冰箱系統，另一 個用於控制壓縮機。
本冰箱壓縮機開發參考設計（Refrigerator Compressor Development Reference Design， RCDRD）旨在幫助工程師使用dsPIC®數字信號控制器（Digital Signal Controller，DSC） 開發PMSM壓縮機控制應用。本開發參考設計的目標是為內置永磁同步電機（ Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM）和表面永磁同步電機（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor，SPMSM）壓縮機提供一種極具競爭力的無傳感器控制解決方 案，兼具硬體和軟體。 額定連續輸出電流為0.65A（RMS）。當在室溫環境下以187V至264V單相輸入電壓運行 時，最高可達到約250W的連續輸出功率。對於壓縮機的瞬時高壓操作，峰值輸出功率為 350W。有關RCDRD硬體的更多詳細信息，請參見第2章“硬體說明”。 本文檔介紹如何使用RCDRD原型1。下面的圖1-1給出了此參考設計的圖片。
圖1-1 冰箱壓縮機開發參考設計
1.1 系統和工具要求
1.1.1 基本要求
- 冰箱壓縮機開發板（Refrigerator Compressor Development Board，RCDB）。
- MPLAB®X V5.10或更高版本。
- 編譯器XC16 V1.33或更高版本。
- PICkit™ 3/PICkit 4在線調試器（部件編號：PG164130/PG164140）。
1.1.2 高級要求
以下要求適用於診斷和測試用具功能。
- MCP2200隔離式USB轉UART演示板（部件編號：ADM00276）。
- 4條杜邦線。
- X2C Scope插件30。
2 硬體說明
2.1 簡介
RCDB由220V交流電網供電，使用dsPIC33EP64MC202控制壓縮機電機。輸入的220V交 流電壓經過濾波器和保護電路，然後通過整流器電路轉換為直流電壓。輔助電源電路為 MCU、反饋電路和三相逆變橋電路提供非隔離15V和3.3V電壓。下面的圖2-1給出了開發板 的圖片，而圖2-2給出了框圖。
圖2-1 冰箱壓縮機開發板
圖2-2 RCDB框圖
2.2 關鍵功能模塊
RCDB具有各種功能模塊：EMI濾波器和保護電路、整流器、輔助電源、MCU、逆變器、反 饋電路以及通信埠。圖2-3和表2-1中標記了這些模塊。
圖2-3 RCDB
2.2.1 EMI濾波器和保護電路
開發板的輸入電源先經過EMI濾波器和保護模塊，如下面的圖 2-4 所示。 F300 是一個 250 VAC/10A快速熔斷器，在電流達到其額定值的1000%時，斷開時間為0.03s。Vst300是一個名稱為TVR14561D的氧化鋅壓敏電阻，用於浪涌保護。EMI濾波器包含兩級。如果只有一 級濾波器有效，則應將CY300、CY303、CX302、L301和CX300脫焊，並將L301短路。
圖2-4 EMI濾波器和保護電路
2.2.2 整流器 此模塊包括一個浪涌電流保護電路、一個單相全橋整流器和一個直流母線電容，如下面的 圖2-5所示。開發板上電時，功率電阻R305會抑制浪涌電流。直流母線電容完全充電後，繼 電器RL30會將功率電阻短路。單相橋式整流器DB300會將工頻輸入交流電壓轉換為恆定的 直流電壓。
圖2-5 整流器電路
2.2.3 輔助電源
輔助電源將分別為IGBT驅動器和dsPIC33EP64MC202生成15V和3.3V電壓。
圖2-6給出了輔助電源的框圖。15V電源軌將整流器輸出直接降壓得到。這樣可以省去反激 方法中使用的變壓器和高額定電壓元件。MCP16331用於將此15V電壓降至5V。MIC5239 LDO將電壓從5V穩壓至3.3V，以便為控制晶片dsPIC33EP64MC202提供乾淨的電源。除了 控制晶片之外，此3.3V電源軌還將為其他數字和模擬控制電路供電，例如ADC參考和反饋 電路。這種方法可提供良好的輔助電源，而功耗卻很低。
圖2-6 輔助電源
2.2.4 MCU
本設計中選擇的是dsPIC33EP64MC202。另外，還有一種方法是由單個晶片同時控制冰箱 系統和壓縮機。Microchip提供了dsPIC33EP或dsPIC33CK系列的許多其他產品，可以很好 地滿足應用的需求。
下表列出了本設計中的晶片引腳功能。
表2-2 dsPIC33EP64MC202引腳功能（SSOP）
|
引腳 編號 |
引腳功能 |
有效功能 |
說明 |
I/O |
ANSEL |
PPS |
|
1 |
MCLR |
MCLR |
RESET |
|
|
|
|
2 |
AN0/OA2OUT/RA0 |
OA2OUT |
IOUT |
|
1 |
|
|
3 |
AN1/C2IN1+/RA1 |
C2IN1+ |
I+ |
|
1 |
|
|
4 |
PGED3/VREF-/AN2/C2IN1- /SS1/RPI32/CTED2/RB0 |
C2IN1- |
I- |
|
1 |
|
|
5 |
PGEC3/VREF+/AN3/OA1OUT/R PI33/CTED1/RB1 |
AN3 |
VBUS |
I |
1 |
|
|
6 |
PGEC1/AN4/C1IN1+/RPI34/RB2 |
RPI34 |
RX1 |
I |
|
1 |
|
7 |
PGED1/AN5/C1IN1-/RP35/RB3 |
RP35 |
TX1 |
O |
|
1 |
|
8 |
VSS |
VSS |
VSS |
|
|
|
|
9 |
OSC1/CLKI/RA2 |
RA2 |
LED1 |
O |
|
|
|
10 |
OSC2/CLKO/RA3 |
RA3 |
時鐘輸出/測試點 |
I/O |
|
|
|
11 |
FLT32/RP36/RB4 |
RB4 |
測試點 |
I/O |
|
|
|
12 |
CVREF2O/RP20/T1CK/RA4 |
RA4 |
繼電器 |
O |
|
|
|
引腳 編號 |
引腳功能 |
有效功能 |
說明 |
I/O |
ANSEL |
PPS |
|
13 |
VDD |
VDD |
VDD |
|
|
|
|
14 |
PGED2/ASDA2/RP37/RB5 |
PGED2 |
調試 |
I |
|
|
|
15 |
PGEC2/ASCL2/RP38/RB6 |
PGEC2 |
調試 |
I |
|
|
|
16 |
SCK1/RP39/INT0/RB7 |
RP39 |
RX2 |
I |
|
1 |
|
17 |
TCK/CVREF1O/ASCL1/SDO1/R P40/T4CK/RB8 |
RP40 |
TX2 |
O |
|
1 |
|
18 |
TMS/ASDA1/SDI1/RP41/RB9 |
PR41 |
Square_INPUT |
I |
|
1 |
|
19 |
VSS |
VSS |
VSS |
|
|
|
|
20 |
VCAP |
VCAP |
VCAP |
|
|
|
|
21 |
TDO/RP42/PWM3H/RB10 |
PWM3H |
PWM3H |
O |
|
|
|
22 |
TDI/RP43/PWM3L/RB11 |
PWM3L |
PWM3L |
O |
|
|
|
23 |
RPI44/PWM2H/RB12 |
PWM2H |
PWM2H |
O |
|
|
|
24 |
RPI45/PWM2L/CTPLS/RB13 |
PWM2L |
PWM2L |
O |
|
|
|
25 |
RPI46/PWM1H/T3CK/RB14 |
PWM1H |
PWM1H |
O |
|
|
|
26 |
RPI47/PWM1L/T5CK/RB15 |
PWM1L |
PWM1L |
O |
|
|
|
27 |
AVSS |
AVSS |
AVSS |
|
|
|
|
28 |
AVDD |
AVDD |
AVDD |
|
|
|
2.2.5 逆變器電路
三相逆變器採用分立IGBT和單電流檢測電阻以節省系統成本。其中包括：
- 6個600V/15A IGBT
- 3個600V半橋IGBT驅動器MIC4608
- 單電流檢測電阻，用於電機相電流檢測
- PWM開關頻率為2.5 kHz
MCU將PWM信號提供給3個半橋驅動器以開關6個IGBT，從而為電機各相供電。單電流檢 測電阻在負直流母線上以串聯方式連接，用於電流反饋和過流保護。
為簡單起見，圖2-7中僅給出了三相逆變器電路中的一相。
圖2-7 單相逆變橋電路圖
自舉電路 MIC4608的上橋臂驅動器用於驅動源極端子以HS引腳為參考的浮動N溝道IGBT。MIC 4608 中的電平轉換電路將以VSS引腳為參考的下橋臂電路與以HS引腳為參考的上橋臂驅動器隔 離。當HS引腳的電壓升高時，上橋臂驅動器由自舉電容（CBST）供電。HS節點鉗位 建議在開關節點與HS引腳之間使用二極體鉗位，以最大程度地減少HS引腳上較大的負毛刺 或脈衝。
有關自舉電路和HS節點鉗位的更多詳細信息，請參見MIC4608數據手冊。 2.2.6 反饋電路 通過對直流母線電壓和電機相電流進行採樣，實現電機控制和保護。
- 直流母線電壓反饋。它由分壓器和低通RC濾波器組成。分壓器將直流母線電壓分壓 為3.3V/443.3V以匹配MCU邏輯電平。
- 電機電流反饋。 電流檢測電阻位於三個下橋臂開關的發射極和“ DC-”之間。 dsPIC33EP64MC202提供內部運算放大器（運放）和比較器，用於放大電機電流和 進行過流保護。運放的增益設置為4，電流檢測電阻電壓信號偏移0.2 VDC。因此， 電機的相電流範圍為-4.125A至+4.125A。
圖2-8給出了反饋電路的位置。
圖2-8 反饋電路圖
2.2.7 通信埠RCDB提供了三個埠，用於與調試工具和/或系統控制板之間相互收發數據。所有這些端 口均由3.3V電源軌供電。
- UART1通信埠是非隔離式埠，能夠直接轉換板上dsPICDSC輸入和輸出的UART信號。此埠用於與計算機/MPLAB X IDE通信。 註：UART1埠是非隔離式埠。直接將此埠與其他非隔離系統連接時，損 壞電路板的風險較大。強烈建議將此埠與MCP2200隔離式USB-UART演示板 或其他隔離式USB-UART轉換器連接。
- UART2通信埠用於與冰箱系統控制板通信，以獲取命令和運行狀態信息。此埠 由兩個光耦合器隔離。
- 方波接收器埠提供了另一種從主控制板接收速度命令的方法。此埠由一個光電 電晶體隔離。
圖2-9給出了通信埠的位置。
圖2-9 通信埠
2.3 用戶接口
2.3.1 連接器和插座
(1) 電源插座
- 交流電源插座（CON300）
- 壓縮機的三相逆變器連接器（CON100）
(2) 信號插座
- 隔離式方波接收器插座（CON200）
- 隔離式UART2通信插座（CON201）
- 非隔離式UART1通信插座（CON202）
- PICkit 3/PICkit 4在線調試器插座（CON203）
UART插座有4個端子。方波插座有2個端子。調試器插座有5個端子。表2-3列出了每個端子 的功能。
表2-3 信號插座的端子功能
|
插座 編號 |
插座名稱 |
引腳 |
端子功能 |
|
SON200 |
隔離式方波接收器 |
1 |
+ |
|
2 |
隔離式GND |
||
|
CON201 |
隔離式UART2 |
1 |
隔離式VCC |
|
2 |
TXD2 |
||
|
3 |
RXD2 |
||
|
4 |
隔離式GND |
||
|
CON202 |
非隔離UART1 |
1 |
3.3V |
|
2 |
GND |
||
|
3 |
RXD1 |
||
|
4 |
TXD1 |
||
|
CON203 |
PICkit™ 3/PICkit 4在線調 試器插座 |
1 |
MCLR |
|
2 |
3.3V |
||
|
3 |
GND |
||
|
4 |
PGD |
||
|
5 |
PGC |
所有插座的位置均可在圖2-10中找到。
圖2-10 所有插座和LED指示燈
2.3.2 LED指示燈
開發板上有兩個LED指示燈。圖2-10中給出了兩個LED的位置。 LD300指示3.3V電源軌是否可用。當3.3V電源軌就緒時，此LED點亮。 LD200指示開發板的運行狀態和錯誤消息。開發板上電後，此LED始終閃爍。客戶可通過 LED閃爍獲得運行信息。當RCDB按預期運行（例如壓縮機正常運行）時，下表列出了其所 有可能的運行狀態。
表2-4 運行狀態LED閃爍模式
|
系統狀態 |
LED閃爍模式 |
|
重啟 |
熄滅 |
|
正在啟動 |
|
|
正在運行 |
1/16點亮@0.625 Hz |
|
正在停止 |
|
|
已停止 |
50%點亮@0.625 Hz |
如果驅動壓縮機的開發板處於故障狀態，則LED將按以下錯誤代碼形式閃爍。
表2-5 LED閃爍模式錯誤代碼
|
故障類型 |
LED閃爍模式 |
|
陷阱 |
|
|
ERR_OSC_FAIL |
+ + - - - |
|
ERR_ADDRESS_ERROR |
+ + + - - - |
|
ERR_HARD_TRAP |
+ + + + - - - |
|
ERR_STACK_ERROR |
+ - + + - - - |
|
ERR_MATH |
+ + - + + - - - |
|
ERR_RESERVED_TRAP5 |
+ + + - + + - - - |
|
ERR_SOFT_TRAP |
+ + + + - + + - - - |
|
ERR_RESERVED_TRAP7 |
+ - + + + - - - |
|
應用程序錯誤 |
|
|
ERR_STALL |
+ - + - + + - - - |
|
ERR_INVALID_STARTUP_FSM_STATE |
+ + - + - + + - - - |
|
ERR_HW_OVERCURRENT |
+ + + - + - + + - - - |
|
ERR_DCLINK_OVERVOLTAGE |
+ + + + - + - + + - - - |
|
ERR_DCLINK_UNDERVOLTAGE |
+ - + + - + + - - - |
|
ERR_DIRECTREVERSE |
+ + - + + - + + - - - |
|
ERR_SPEEDERROR |
+ + + - + + - + + - - - |
|
復位錯誤 |
|
|
ERR_RCON_TRAPR |
+ - + - + + + - - - |
|
故障類型 |
LED閃爍模式 |
|
ERR_RCON_IOPUWR |
+ + - + - + + + - - - |
|
ERR_RCON_CM |
+ + + - + - + + + - - - |
|
ERR_RCON_WDTO_ISR |
+ + + + - + - + + + - - - |
|
ERR_RCON_WDTO_MAINLOOP |
+ - + + - + + + - - - |
|
|
|
|
ERR_UNEXPECTED_INTERRUPT_BASE |
+ - + - + - + - + + - - - |
在上表中，“+”表示LED以50%占空比 @ 1.67Hz閃爍一次。“-”表示LED在1.67 Hz的 整個周期內熄滅。
2.4 電氣規範
下表列出了RCDB開發板的電氣規範：
表2-6 RCDB開發板的電氣規範
|
編號 |
參數 |
規範 |
|
1 |
額定輸入電壓 |
220 VAC 50/60 Hz |
|
2 |
輸入電壓範圍 |
90V~264 VAC |
|
3 |
數字電壓 |
3.3V |
|
4 |
額定功率 |
250W |
|
5 |
最大功率 |
250W |
|
6 |
PWM頻率範圍 |
2.5 kHz~15 kHz |
|
7 |
工作溫度 |
-10°C ~ +60°C |
|
8 |
開發板效率 |
94% |
|
9 |
開發板待機功率 |
0.5W |
|
10 |
開發板尺寸 |
130 mm × 120 mm × 40 mm |
|
11 |
整流器 |
有 |
|
12 |
輔助電源 |
有 |
|
13 |
PFC電路 |
無 |
|
14 |
電源電路 |
分立 |
|
15 |
電流檢測 |
dsPIC® DSC中的單電流檢測電阻和內部 運放 |
|
16 |
直流母線電壓檢測 |
有，dsPIC DSC中的內部運放 |
|
17 |
溫度檢測 |
無 |
|
18 |
硬體過流保護 |
有，dsPIC DSC中的內部比較器 |
|
19 |
直流母線的浪涌電流保護 |
有，功率電阻和繼電器 |
3 設置和運行
RCDRD的軟體已針對基本操作進行了配置。本章介紹如何設置軟體、運行壓縮機和調試 代碼。
3.1 基本操作
基本操作包括打開軟體項目、配置和編譯代碼，以及對開發板上的晶片進行編程。
(1) 啟動MPLAB X IDE V5.10，然後打開項目“RCDRD_V1.0.X”。
註：此項目需要MPLAB X IDE V5.10或更高版本。
(2) 在左側名為“Project”（項目）的選項卡上右鍵單擊此項目，選擇最後一項“Properties”（屬性）。
在“Project Properties”（項目屬性）頁面上，可以在“Hardware Tool”（硬體工 具）部分選擇編程器/調試器，並且在“Compiler toolchain”（編譯器工具鏈）部分選 擇編譯器（XC16 V1.33或更高版本）。將編程器/調試器連接到計算機後，即可在Hardware Tools（硬體工具）列表中找到“PICkit 3”/“PICkit 4”項。單擊“Apply”（應用），應用選擇。
(3) RCDB開發板採用熱地線設計。當它與任何其他非隔離工具和設備（例如計算機和示波 器等）連接時，禁止為其供電。建議使用編程器/調試器對晶片進行編程，因為編程器/ 調試器可以為開發板提供3.3V電壓來進行編程。
應用編程器/調試器選擇（PICkit 3/PICkit 4）後，可以在“Project Properties”窗口的 “Categories”（類別）列表中找到“PICkit 3”/“PICkit 4”項。在“PICkit 3”/“PICkit 4”頁面上的“Option categories”（選項類別）中，選擇“Power”（電源）項。選中“Power target circuit from PICkit 3”（通過PICkit 3為目標電路供電）項， 然後為“Voltage level”（電壓值）項選擇“3.25”。單擊“OK”（確定），應用選擇。
(4) 單擊工具欄或“Production”（生產）菜單中的“Clean and Build Project”（清除並編 譯項目）按鈕，編譯代碼。
(5) 成功編譯之後，將PICkit 3/PICkit 4連接到RCDB CON203。單擊工具欄上的“Make and Program”（編譯並編程）按鈕，將代碼下載到晶片中。
註：在執行此步驟之前，請確保交流電源已斷開與開發板的連接。
(6) 斷開PICkit 3與開發板的連接。確保RCDB未與任何其他非隔離開發板或設備連接。
(7) 在CON100上連接壓縮機或電機，在CON300上連接交流電源。為開發板上電。開發板 現在處於“已停止”狀態，LED會以50%占空比@0.625 Hz閃爍。
3.2 使用診斷內核運行
就RCDRD原型1而言，運行壓縮機的惟一方法是使用代碼中的診斷內核功能。與診斷內核 功能配合使用的工具是X2C Scope 插件和MCP2200 隔離式 USB 轉 UART 演示板。 X2C Scope是MPLAB X IDE的插件，用於簡化調試工作。它能夠提供通過UART在dsPIC數據存 儲器中讀寫變量的完整功能，還可以在實時模式下繪製這些變量。
(1) 安裝X2C Scope插件。從“Tools”（工具）菜單中選擇“Plugins”（插件）項。在 “Downloaded”（已下載）頁面上，單擊“Add Plugins...”（添加插件...）按鈕，選擇 “at-lcm-x2c-mplabscope.nbm”文件。單擊“Install”（安裝），安裝X2C Scope插件。
(2) 打開project properties（如3.1(2)中所示），在“Loading”（裝入）頁面的生產編譯期 間使能“Load symbols when programming or building for production (slows process)”（為生產進行編程或編譯時裝入符號（減慢過程））。
(3) 通過杜邦線將MCP2200隔離式USB轉UART演示板連接到計算機和RCDB。
(4) 將代碼下載到驅動板（如3.1(4)(5)(6)中所述），斷開所有非隔離器件的連接。 註：每次開發板掉電和上電時均需要下載代碼，以將X2C Scope連接到板上MCU。
(5) 斷開編程器/調試器的連接，然後為開發板上電。
(6) 從“Tools”菜單上的“Embedded”（已安裝工具）中單擊“X2CScope”，啟動X2C Scope。“X2C Scope Configuration”（X2C Scope配置）窗口將打開。
(7) 按下圖所示設置參數，在“Select Project”（選擇項目）按鈕中選擇此RCDRD項目。 然後單擊“Disconne...”（斷開...）按鈕，將計算機連接到驅動板。
- 在“Project Setup”（項目設置）頁面上，“Scope Sampletime”（示波器採樣時 間）用於配置將在示波器時間軸中顯示的採樣時間間隔，其值必須與PWM周期相同。 在RCDRD中，該值為400 μs（5 kHz）。“X2C Scope Watch”（X2C Scope觀察） 窗口中的“Watch Sampletime”（觀察採樣時間）用於配置刷新時間間隔，其值應大 於PWM周期。單擊“Set Values”（設置值），應用設置。
(9) 在“Data Views”（數據視圖）頁面上，單擊“Open Scope View”（打開示波器視 圖），打開“X2C Scope Scope”（X2C Scope示波器）窗口。此窗口用於顯示變量的 波形。單擊“Open Watch View”（打開觀察視圖），打開“X2C Scope Watch”窗 口。此窗口用於顯示和更改變量值。這兩個窗口中只能添加全局變量。
例如，下圖的“X2C Scope Watch”窗口中選擇了systemData.X2CVelocityReference、 systemData.X2CSystemStatesFlag 和 motor.faultDetect.faultDetectFlagBackup 這三個 變量。 變量 systemData.X2CVelocityReference 是壓縮機電 機的參考電 磁速度（以 RPM 為單 位）。變 量 systemData.X2CSystemStatesFlag 是系統狀 態標誌。 變量 motor.faultDetect.faultDetectFlagBackup是故障標誌。有關標誌的更多詳細信息，請參 見附錄A. 標誌說明。另外，也可以添加其他關注的變量。
(10) 在“X2C Scope Scope”窗口中添加要觀察的變量。例如，添加參考速度和反饋速 度、參考id/iq和檢測到的id/iq以及輸出vd/vq等。單擊“SAMPLE”（採樣）按鈕，開始 採樣變量並顯示波形。
(11) 使用大於最小速度的數據配置參考速度變量systemData.X2CVelocityReference。壓縮 機將開始運行。Scope（示波器）窗口將實時顯示變量波形。
(12) 操作結束時，切記單擊“Connected”（已連接）按鈕，斷開X2C Scope與開發板的 連接。
(13) 有關X2C Scope的更多詳細信息，請參見文件“X2CScope Documentation”。
3.3 通過測試用具進行調試和測試
FDCRD提供了一個測試用具組件，可用於輕鬆修改換相和電機控制環的控制工作模式。它 代表幾個運行時參數，這些參數用於將系統置於某些測試模式。通過結合電機控制應用中
使用的其他可調參數，可以調試和測試壓縮機及開發板以確保其正常運行。它與換相和電 機控制環緊密耦合，如下圖所示。
3.3.1 通過測試用具進行調試和測試操作
在“X2C Scope Watch”窗口中，可以設置所有調試和測試操作。
(1) 啟動測試模式
設置密鑰會使控制系統進入測試模式。否則，所有其他測試用具功能將不可用。
啟動操作：
- 設置systemData.testing.key = TEST_GUARD_VALID = 53670。
- 設置testing.key != TEST_GUARD_VALID != 53670。
(2) 直接設置Vd和Vq 旁路速度環和電流環，並向其輸出Vd/Vq饋入設置值。它用於調試和測試SVPWM占空 比計算功能。此功能僅設置輸出電壓的幅值。
啟動操作：
- 為motor.testing.overrideVdqCmd.d和testing.overrideVdqCmd.q設置適當的 值。這兩個變量的值已歸一化。
- 設置motor.testing.operatingMode = OM_FORCE_VOLTAGE_DQ = 1。設置的Vd和Vq可用。
- 設置testing.operatingMode = OM_DISABLED = 0。沒有輸出電壓。
- 結合功能(5)中的電磁頻率可設置輸出電壓頻率。
- 結合功能(6)中的電磁角可設置電機相的輸出電壓。
旁路速度環並使能電流環，然後直接向電流參考id/iq饋入設置值。它可用於執行調試和 測試電流環、調整PI參數以及校準電流採樣等操作。此功能僅設置輸出電流的幅值。
啟動操作：
- 為testing.overrideIdqCmd.d和motor.testing.overrideIdqCmd.q設置適當的值。 請注意，這兩個變量的值已歸一化。
- 設置testing.operatingMode = OM_FORCE_VOLTAGE_DQ = 2。隨後，Id和 Iq將按照我們的設置進行輸出。
停止操作：
- 設置testing.operatingMode = OM_DISABLED = 0。沒有輸出電流。
- 結合功能(5)中的電磁頻率可設置輸出電流頻率。
- 結合功能(6)中的電磁角可設置電機相的輸出電流。
(4) 直接設置參考速度 直接在FOC操作中設置參考速度，忽略原始參考速度。它用於調試和測試速度環並調整 PI參數。
啟動操作：
- 設置testing.operatingMode = OM_NORMAL = 3。
- 為testing.overrideOmegaElectrical設置適當的值。請注意，變量是電磁速 度，單位為RPM。
- 設置testing.overrides = TEST_OVERRIDE_VELOCITY_COMMAND = 1。
- 啟動系統。啟動周期後，驅動器將以設置的參考速度旋轉電機。
停止操作：
- 設置testing.overrides = 0。原始速度順序可用。
直接在換相組件中設置電磁頻率，忽略估算的電磁角。將此功能與功能(2)/功能(3)結合 使用，可設置輸出電壓/電流的頻率。如果將頻率設置為0，則輸出電壓/電流為直流。
啟動操作：
- 為testing.overrideCommutationFrequency設置適當的值。請注意，變量是FOC的電磁頻率，單位為Hz。
- 設置testing.overrides = TEST_OVERRIDE_COMMUTATION = 2。
- 設置功能(2)或功能(3)。
停止操作：
- 設置motor.testing.overrides = 0。估算的頻率可用。請注意，仍存在由功能(2)或功 能(3)設置的輸出電壓或電流。
(6) 設置電磁角 直接在換相組件中設置電磁角，忽略估算的電磁角。將此功能與功能(2)/功能(3)結合使 用，可將電機相電壓/電流控制為設置值。
啟動操作：
- 為testing.overrideThetaElectrical設置適當的值。請注意，該變量是FOC的電 磁角，單位已歸一化。
- 設置testing.overrides = TEST_OVERRIDE_COMMUTATION = 4。
- 設置功能(2)或功能(3)。
停止操作：
- 設置motor.testing.overrides = 0。估算的電磁角可用。請注意，仍存在由功能(2)或 功能(3)設置的輸出電壓或電流。
(7) 時間戳
16位時間戳數組是測試用具狀態結構體的一部分。這些時間戳記錄在各個位置中，以通過 實時診斷工具對主控制過程進行性能分析。時間戳使用以系統時鐘速率（Fcy = 70 MHz） 運行的定時器1，因此定時器值指示經過的系統時鐘時間。時間戳數組變量的說明：
- testing.timestamps[0]：狀態機啟動前的執行時間
- motor.testing.timestamps[1]：與狀態無關的所有關鍵任務的執行時間。
- testing.timestamps[2]：確定下一個狀態的執行時間。
- motor.testing.timestamps[3]：更新狀態並在該狀態下執行適當操作的執行時間。
- motor.testing.timestamps[4]：與狀態無關的所有非關鍵任務的執行時間。
- motor.testing.timestamps[7]：包括UI、監視器和看門狗等在內的其他過程的執行 時間。
- 操作： 在X2C Scope中添加時間戳數組變量。
表3-1 測試用具功能和設置的簡要匯總
|
設置
功能 |
開-關 |
參數設置 |
控制設置 |
|||||||
|
system Data.te sting.k ey |
motor.t esting. overrid eVdqC md.d |
motor.t esting. overrid eVdqC md.q |
motor.t esting. overrid eIdqC md.d |
motor.t esting. overrid eIdqC md.q |
motor.tes ting.overr ideOmeg aElectric al |
motor.tes ting.overr ideComm utationFr equency |
motor.tes ting.overr ideTheta Electrical |
motor.t esting. operati ngMod e |
motor.t esting. overrid es |
|
|
設置Vd和Vq |
53670 |
值 |
值 |
—— |
—— |
—— |
—— |
—— |
1 |
—— |
|
設置Id和Iq |
53670 |
—— |
—— |
值 |
值 |
—— |
—— |
—— |
2 |
—— |
|
設置速度 |
53670 |
—— |
—— |
—— |
—— |
值 |
—— |
—— |
3 |
1 |
|
設置頻率 |
53670 |
值 |
值 |
值 |
值 |
—— |
值 |
—— |
1/2 |
2 |
|
設定角度 |
53670 |
值 |
值 |
值 |
值 |
—— |
—— |
值 |
1/2 |
4 |
|
禁止 |
!53670 |
—— |
—— |
—— |
—— |
—— |
—— |
—— |
—— |
—— |
4 運行其他壓縮機
電機控制是一種極其依賴電機和應用程序的系統。每當機制發生變革時，壓縮機電機控制 都會在可靠啟動和不平衡負載方面帶來更大的挑戰。RCDRD旨在提供一種簡單的方法來運 行其他部件編號的壓縮機。本章介紹如何使用RCDRD來運行並非供開發人員用於調試和測 試的壓縮機。 要運行其他壓縮機，需要修改某些參數以便與壓縮機匹配。除了文件夾“hal”中的一個C 源文件“opamp_comparator.c”之外，所有需要修改的代碼文件均為文件夾“parameters” 中的頭文件。
4.1 修改理論算術參數
(1) 由於dsPIC是一種定點控制器，因此不能直接在代碼中使用電機參數，因為它們是 小數數據。 因此，我們 必須將物理 單位轉換為 定點 PU 格 式（主要是 Q15 ）。 “tuning_params.xlsx”用於實現這種轉換。“tuning_params.xlsx”文件中有多個參 數，具體說明如下。
表4-1“tuning_params.xlsx”中的參數類型
|
類型 |
屬性 |
標記 |
|
|
輸入 |
硬體板參數的物理單位。 |
|
|
輸入 |
電機參數的物理單位。 |
|
|
輸出 |
定點格式的開發板和電機參數。在 “xxxx_parms.h”中設置該常數。 |
|
|
輸出 |
定點格式的啟動算法參數。在 “startup_params.h”中設置該常數。 |
|
其他 |
|
臨時計算數據。 |
要獲得定點參數，應按如下所示在“tuning_params.xlsx”中輸入電機參數。
隨後將在紫色背景單元格中生成定點格式的值。為避免Q15實現引起的飽和、解析度損 失和截斷錯誤，建議定點數據應處於6000-26000範圍內。如果定點數據超出建議範圍
（大於26000），則應調整換算值“Q”以符合建議範圍。
- 在C源文件“hal/opamp_comparator.c”中的寄存器CVR（CVRCON<3:0>）中修改過 流閾值。
- 在頭文件“parameters/atpll_params.h”中修改估算器角度跟蹤鎖相環（Angle Tracking Phase-Locked Loop，ATPLL）的參數。
- 在頭文件“parameters/fault_detect_params.h”中修改停轉檢測的軟體過流閾值。
- 在頭文件“parameters/motor_params.h”中修改電機參數。
- 在頭文件“parameters/mtpa_params.h”中修改最大轉矩/電流（Maximum Torque per Ampere，MTPA）算法的參數。
- 在頭文件“parameters/operating_params.h”中修改電機速度參數。
- 在頭文件“parameters/sat_PI_params.h”中修改速度環的PI飽和閾值。
- 在頭文件“parameters/startup_params.h”中修改啟動算法的參數。
(10) 返回第3章“設置和運行”，編程並運行代碼。
4.2 調試參數
4.2.1 調試啟動參數 RCDRD中的啟動算法專用於壓縮機應用。它不僅有助於改善啟動可靠性，還能減少振動。 所有啟動算法參數均位於頭文件“parameters/startup_params.h”中。更換壓縮機時，需 要調試其中一些參數。
請參見表4-2“tuning_params.xlsx”的“啟動算法參數”部分，“值”列是理論計算值， “歸一化”列是歸一化值。“修正”列是調試值，“修正歸一化”列是歸一化調試值。
表4-2“tuning_params.xlsx”的“啟動算法參數”部分
表4-3 啟動的關鍵參數
|
參數 |
說明 |
調試 |
|
STARTUP_FINALTOR QUE |
開環電流 |
如果啟動負載很大，則增大此參數 |
|
STARTUP_ACCELER ATION0 |
第一速度加速狀態的加速度 |
如果需要更短的啟動時間，則增大此參數 |
|
STARTUP_ACCELER ATION1 |
第二速度加速狀態的加速度 |
如果需要更短的啟動時間，則增大此參數 |
|
STARTUP_RAMPDO WN_END_CURRENT |
從開環切換到閉環的電流閾值 |
此參數始終等於壓縮機應用中的開環電流 |
4.2.2 調試PI參數 更換壓縮機時，可能需要調整電流環和速度環的PI控制器參數。所有PI參數均位於頭文件 “parameters/for_params.h”中。
Kxx_Q（KIP_Q、KII_Q、KWP_Q和KWI_Q）是換算值。將Kp和Ki乘以2^Kxx_Q可以得到 代碼中使用的最終PI控制器數據。在調試工作的早期階段，更改此換算值而不是Kp（Ki） 將有助於縮短調試時間，最終找到大致的Kp（Ki）值。
►場景應用圖
►產品實體圖
►展示板照片
►方案方塊圖
►核心技術優勢
為內置永磁同步電機（ Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM）和表面永磁同步電機（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor，SPMSM）壓縮機提供一種極具競爭力的無傳感器控制解決方案，兼具硬體和軟體。 PMSM電機效率更高、噪聲更低。 優良的EMI濾波和保護電路。 可以由單個晶片同時控制冰箱系統和壓縮機。 方便易用的軟體開發環境。
►方案規格
使用dsPIC®數字信號控制器（Digital Signal Controller，DSC） 實現PMSM壓縮機控制。 額定連續輸出電流為0.65A（RMS）。 室溫環境下以187V至264V單相輸入電壓運行時，最高可達約250W的連續輸出功率。 對於壓縮機的瞬時高壓操作，峰值輸出功率為 350W。