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，電磁干擾對精度影響較大，控制較為困難的缺點(diǎn)，在很多場合下使用受到限制。在此前提下控制器結(jié)構(gòu)極其簡單，成本相對低廉的調(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)速過程中產(chǎn)生的高次諧波會對鄰近的用電設(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)過光耦合隔離后將光耦的受控側(cè)導(dǎo)通，TRIAC的門極經(jīng)過光耦與輸入電源側(cè)聯(lián)通，當(dāng)門極通過足夠的電流時(shí)，將TRIAC導(dǎo)通，通過改變TRIAC的觸發(fā)角來控制電壓的有效值。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)的各相電流都是對稱的。每半個(gè)周期控制一次TRIAC觸發(fā)角，以此來調(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)對主電路的控制，并對電壓過零點(diǎn)、電流、環(huán)境溫度等多個(gè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。時(shí)鐘信號輸入采用的是8MHz外部晶振經(jīng)過內(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、電流信號、電壓過零信號、經(jīng)過軟件處理后，輸出觸發(fā)脈沖：在控制電路中設(shè)有三路過零檢測電路，利用控制芯片所具有的三個(gè)中斷分別對線電壓進(jìn)行過零檢測，然后通過軟件實(shí)現(xiàn)缺相、相序檢測和頻率異常檢測，另設(shè)有風(fēng)機(jī)工作電流檢測電路，對一相線電流進(jìn)行檢測，結(jié)合過零信號計(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電路、環(huán)境溫度檢測電路等一系列異常檢測電路，以及按鍵、數(shù)碼管這些簡單方便的人機(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)備比較多的場所，電磁干擾大，極容易對風(fēng)機(jī)控制器的控制芯片造成干擾，使得系統(tǒng)無法正常工作。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通過中斷獲取三相輸入電壓的過零點(diǎn)信號，通過AD獲取冷凝管的壓力信號，經(jīng)過計(jì)算得到TRIAC觸發(fā)脈沖的角度，然后通過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)線電壓的過零信號，進(jìn)行缺相相序檢測以及頻率異常檢測。另外DSP還對溫度信號進(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，波形沒有畸變、無噪音，可以用直流低電壓小電流來控制高電壓、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)，我們把超過雙向可控硅能承受的最高峰值電壓的最大脈沖稱為過電壓，過電壓產(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)部會殘留很多的截流子，在反向電流作用下，也會產(chǎn)生非常高的電流尖峰，若這個(gè)尖峰超過了雙向可控硅允許的最大峰值電流，就會損壞元器件。

4.結(jié)語

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)。過零檢測快速準(zhǔn)確，可保證調(diào)壓調(diào)速的動(dòng)靜態(tài)性能。 

文章來源：精密空調(diào) http://www.whjdnk.com/