4 硬件设计
4.1 硬件概述
本应用中，电机控制板由两部分构成，功率板和Freescale MC56F82748 DSC控制子卡，完成对三相交流感应电机的FOC控制。该应用采纳了Fairchild公司的 IPM （FSBF3CH60B），最大耐压：600V， 最大电流：3A；功率板的AC电源输入设计，满足110V和220V的不同电压规格。此外，功率板还包括以下接口，用于系统的扩展应用：母线过压制动电阻接口、用于通信/调试的电气隔离USB接口、编码器接口、测速发电机信号接口、用于温度检测的ADC接口和其它可扩展IO端子。 图 14所示为系统功率板实物图。
DSC控制子卡卡槽
功率板
图 14 电机功率板
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图 15所示为DSC子卡实物图。
MC56F82748
JTAG口
图 15 DSC控制子卡
4.2 电机控制板规格参数
功率板：
? 输入电压220V AC，50Hz ? 三相电机变频器包括以下部分：
o 具有过流、欠压保护的IPM（智能功率模块） o 母线电流检测电路 o IPM错误信号（VFO）检测 o 母线电压检测电路 ? AC输入整流
? 电气隔离的USB/RS485接口 ? 测速发电机接口
? 正交编码器接口/HALL接口（可选） ? 直流母线过压制动电阻接口
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? 用于连接DSC控制子卡的PCI卡槽
? 板载DC-DC电源，+15V，+5V，+3.3V和+3.3VA DSC控制子卡：
? 64脚 LQFP封装的DSC MC56F82748 ? 与功率板连接的PCI 端子 ? JTAG 调试接口
? 板载DC-DC电源， +3.3V，+3.3VA ? 电源指示LED
4.3 硬件概述
图 16所示为电机控制板的硬件框图。
Power line220V ACrectificationDC-BusLocalDC-DCDifferential amplifier circuitDC-Bus currentBrake resistorUSB CommunicationUSB to SCIDSC56F82748Brake circuitIPMMotor
图 16 电机控制板框图
上图中，蓝色的DSC功能块代表DSC控制子卡，是整个电机控制板的核心，使用Freescale DSC数字信号控制器 MC56F82748。
4.3.1 板载辅助电源
直流母线电容器C66/C67存储电能，用于整个系统控制板的电源供给，同时为板载DC-DC辅助电源供电，产生+15V用于MOSFET/IGBT驱动芯片及IPM的供电，+5V用于编码器接口，+3.3V/+3.3VA用于数字模拟控制电路的供电。借助基准电源芯片LM4041，+3.3VA可以产生+1.65VA的偏置电压用于电机电流检测电路。图 17所示为板载辅助电源的结构框图。
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3.3V311V DCDC-BUSDC-DC+15V15V DCDC-DC+5V5V DCDC-DC+3.3VFilter3.3VAIPMEncoderDC-DC+1.65V1.65V
图 17 板载辅助电源结构框图
4.3.2 直流母线过压制动保护电路
制动电路用来处理功率板的直流母线过压保护。当母线电压过高时，如果不进行特殊处理，容易损坏电路中的半导体器件甚至储能电容。制动电路包括用于多余电能消耗的功率电阻（需通过接口外接）、用于控制制动电阻通断的IGBT及其驱动电路和控制电路。制动电路可以通过DSC检测直流母线电压进行控制，也可以直接通过硬件检测直流母线电压与参考电平比较进行控制，两种控制模式均可以实现直流母线过压保护。在本设计中，当直流母线电压高于约384V时，制动电路起作用。在本应用中未外接制动电阻。图 18所示为制动电路的结构框图。
DC_Bus+3.3V+15VVoltageDivider Comparator+ Reference MOSFET+ DRIVER BRAKERESISTORMCU_BRAKEGND
图 18 直流母线制动保护电路
4.3.3 三相电机驱动器
三相电机驱动器（IPM）适用于电机的直接驱动，IPM内部包括IGBT逆变桥阵列、IGBT门极驱动器、三路自举电容充电二极管、欠压保护及过流保护电路等。图 19所示为IPM模块及其外围控制信号连接示意图。
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CSCRaRb
图 19 IPM及外围控制信号
DC_Bus信号与直流母线连接，为IPM提供电机控制的电能。+15V为IPM提供自身工作的直流电源，为内部驱动器、内部模拟数字电路供电。6路输入信号为DSC的PWM控制信号，基于+3.3V的标准，6路输入信号通过内部驱动器，接入三相IGBT的栅极，6路输入信号及内部相应的6个IGBT可分别独立控制。三相输出接到被控电机的三相端子。相电流及直流母线电流通过精密采样电阻进行采样，如图19中电路拓扑所示。母线采样电阻Rc两端的电压通过Ra, Rb分压后接入IPM的CSC端口，控制IPM的过流保护。当CSC端口电平高于0.5V（母线电流大于等于10A）时，IPM内部控制电路将关闭所有的6个IGBT，并通过VFO（FLT_OUT）端口向DSC发送故障信号。DSC接收到IPM VFO故障信号后，禁止6路PWM控制信号输出，达到系统保护的目的。过流保护电路需确保有最快的响应速度，保证系统的安全运行。
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