控制及触发电路的设计
电压电流检测
如图3-7所示，电路的控制及触发信号的产生均由DSP芯片产生。电路的控制很简单，在DSP检测到充电电容的电压达到要求值后，关断IGBT的驱动信号即可。其检测信号由霍尔电压传感器来完成。霍尔电压传感器把检测到的电压信号经过A/D转换器输入到DSP内，DSP把进来的电压信号与设定的信号进行比较，当电压信号大于设定值时发出控制信号，关断PWM波输出。
图3-11 霍尔传感器
端子说明：
IN+：输入电压正；
IN–： 输入电压负；
+：正电源；
-：负电源；
M：输出端；
⊥：公共地。
霍尔传感器的输出端M接A/D转换器，把数字信号转换为电压信号输入给DSP[10]。
输出电流也采用霍尔电流传感器采集信号，为DSP提供控制信号和保护信号.
IGBT的驱动
IGBT的驱动信号充分利用了DSP的功能，DSP产生PWM驱动信号，但此PWM信号的驱动能力较差，不能直接驱动IGBT。DSP的驱动信号需经放大信号放大在进行驱动。在此选富士电机公司的EXB841做为IGBT的驱动器。
EXB840（841）是高速型（最大40kHz 运行），其内部电路框图如图3-12所示。它为直插式结构，额定参数和运行条件可参考其使用手册。
图3-12 EXB系列集成驱动器的内部结构框图
EXB系列驱动器的各引脚功能如下：
脚1：连接用于反向偏置电源的滤波电容器；
脚2：电源（ ＋20V ）；
脚3：驱动输出；
脚４：用于连接外部电容器，以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器）；
脚5：过流保护输出；
脚6：集电极电压监视；
脚7、8 ：不接；
脚9：电源；
脚10、11：不接；
脚14、15：驱动信号输入（—，＋）[11]。
由于本系列驱动器采用具有高隔离电压的光耦合器作为信号隔离，因此能用于交流380V的动力设备上。
IGBT 通常只能承受10s的短路电流，所以必须有快速保护电路。EXB系列驱动器内设有电流保护电路，根据驱动信号与集电极之间的关系检测过电流，其检测电路如图3-13（a）。所示。当集电极电压 高时，虽然加入信号也认为存在过电流，但是如果发生过电流，驱动器的低速切断电路就慢速关断IGBT，从而保证1GBT不被损坏。如果以正常速度切断过电流，集电极产生的电压尖脉冲足以破坏IGBT，关断时的集电极波形如图 3-13(b)所示。IGBT在开关过程中需要一个+15V电压以获得低开启电压，还需要一个-5V关栅电压以防止关断时的误动作。这两种电压（＋15V和-5V）均可由20V供电的驱动器内部电路产生，如图3-13(C)所示。
a)过电流检测器 b）关断时集电极电流波形 c）栅极电压产生
图3-13 过电流检测及相关电流波形
DSP的选择
目前市场上DSP品种繁多，数不胜数，仅是大的DSP生产厂家就有TI公司、Lucent.、T&T、AD、Motorola等公司，其中TI公司被公认为DSP领域的技术领导者和开拓者。本课题决定采用TI公司专为数字电机控制而设计的TMS320F240芯片。它采用CMOS集成电路技术。与所有的TMS320F2xx系列一样，F240芯片具有高性能运算能力的16位定点DSP内核和高效的指令集。通过把一个高性能的DSP内核和微处理器的片内外围设备集成为一个芯片的方案，F240成为传统的徽处理器和昂贵的多片设计的一种廉价的替代品。每秒2k万条指令的处理速度，使F240 DSP控制器可以远远超过传统的16位微控制器和微处理器的性能。F240器件的16位定点DSP内核为模拟系统的设计者提供了一个不牺牲系统精度和性能的数字解决方案。TMS320F240外型见图3-14。
TMS320F24具有一个32位的中央算术逻辑单元和累加器。CALU具有独立的算术单元和辅助寄存器算术单元，执行一系列的算术和逻辑运算。乘法部分由乘法器、乘积寄存器(PREG)。暂存寄存器(TREG)和乘积移位器四部分组成。高速乘法器使F240可以高效地完成卷积、相关和滤波等数字信号处理中的基本运算。在将乘积寄存器的值送入CALU之前，乘积移位器将对乘积寄存器值进行定标操作。TMS320F240还包含辅助寄存器算术单元。这类算术单元独立于CALU。ARAU的主要功能是对8个辅助寄存器(从AR0到AR7)执行算术操作，该操作可与CALU中的操作并行进行。
为加强信号处理能力，TMS320F240采用改进的哈佛结构，即独立的程序和数据存储空间和总线结构。程序总线传输程序存储空间内的指令代码和立即操作数，数据总线将数据存储空间与CALU。辅助寄存器等部分连接到一起。而且程序和数据总线都可以在一个指令周期内将片内数据存储器、片内或片外程序存储器中的数据送入乘法器以完成一次乘加运算。TMS320F240具有很高的并行机制，数据在CALU中被处理的同时，在ARAU中还可以进行算术操作。这种并行机制的结果是在一个指令周期内可以完成一系列算术、逻辑和位操作。
图3-14 DSP引脚图
TMS320F240是该系列DSP控制器推出的第一个标准器件，它确定了单片数字电机控制器的标准。其指令执行速度是20MIP/S，几乎所有的指令都可以在一个50ns的单周期内执行完毕。这种高性能使复杂控制算法的实时执行成为可能，例如自适应控制和卡尔曼滤波。非常高的采样速率也可以用来使环路延迟达到最小。TMS320F240不仅有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构特点，而且它有为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设备。F240是利用亚微米CMOS技术制造的，达到了较低的功耗。
作为一个系统管理者，DSP必须有强大的片内I/O端口和其他外围设备。TMS320F240的时间管理器与其它任何DSP均不同，这个应用优化的外围设备单元与高性能的DSP内核一起，使在所有类型电机的高精度、高效、全变速控制中使用先进的控制技术成为可能。事件管理器中包括一些专用的脉宽调制PWM发生函数。三个独立的双向定时器，每一个都有单独的比较寄存器，可以用来支持产生不对称的或对称的PWM波形。
以下是F240的特点：
1．TMS320F2XX核心CPU
（1）32位的中央算术逻辑单元(CALU);
（2）32位加法器;
（3）16位X16位并行乘法器，32位乘积;
（4）三个定标移位寄存器;
（5）8个16位辅助寄存器，带有一个专用的算术单元，用来做数据存储器的间接寻址。
2．存储器
（1）片内544 X 1