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51LPC系列单片机用于控制交流电机

发布时间:2020-07-21 18:39:31 阅读: 来源:三轮车棚厂家

1 概述PHILIPS 51LPC系列单片机目前已包括P87LPC760/1/2/4/7/8/9共七个型号。51LPC提供高速和低速的晶振和RC振荡方式,可编程选择;具有较宽的操作电压范围2.7~6.0V,可编程I/O口线输出模式选择,可选择施密特触发输入,LED驱动输出;有内部看门狗定时器及提供掉电检测模拟功能,最大限度地减少了外部元件的使用。这些特性和改进的C51结构结合在一起,使得在设计高集成度、低成本和低功耗控制电路时具有更多的选择。该系列主要用于对系统成本有严格要求,且系统具有高抗干扰性能的低功耗应用领域,已广泛用于电子阳性能表、IC卡水表、电子称、消毒碗柜、LED显示屏、煤气表等工业控制领域。

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本文介绍在市电情况下使用LPC系列微控制器P87LCP761与三象限双向晶闸管(Triac)控制感性负载交流电机的方法。使用一种全新的电流过零检测方法,不必在负载电流线路中加入旁路电阻,利用单相关波整提供控制电路的电源。LPC的高抗干扰性能使得只用极少外部零件即能完成此系统。此解决方案可通过P87LPC761系列单片机的片内RC振荡器和比较来实现,或者其它带有片内PWM、ADC和DAC等功能的LPC系列芯片。该系统可用于对电机(AC/DC)阀门、泵灯等的控制,广泛用于照明、HVAC、电源工具、仪表及工业控制等领域。表1是P87LPC761的引脚功能。

2 原理

2.1 负载电压的过零控制——单输入检测

方框图1和2为该应用的总体框图。电路直接通过市电进行供电,相位控制时序取决于市电电压过零检测(Voltage Zero Crossing)(见图1)或负载电流过零检测(Current ZeroCrossing)(见图2)。采用哪种检测方式取决于实际应用的情况。控制模块计算机发时刻,LPC可直接吸收多个Triac的门电流。为了降低EMI,保证安全操作并控制相位,有必要在电流过零或一个特定的相位角时触发Triac。对于阻性负载,电流和电压过零是一致的;对于感性负载,电流滞后于电压。负载的状态决定了Triac是根据电压过零还是电流过零进行可控硅的触发。

检测电压过零最简单的方法就是测量市电电压极性的变化。LPC的+5V端连接到电源线(或中性点),而中性点(或电源线)通过限流电阻连接到任意一个I/O 口。I/O口的电压被内部钳位二极管钳制0V和+5V之间,如图3所示。微控制器可读入输入口的输入状态,并且当状态从1变为0或从0变为1时,检测到过电压的过零点。电平跳变点取决于I/O口的模式(TTL或施密特触发),过零点到检测点的延迟时间取决于电源电压的变化率(例如230V或110V系统),这些都必须纳入考虑范围。该电路的优点是简单和成本低,因为仅需要一个额外的电阻(要求高耐压值)并可使用LPC的任何一个I/O口。

2.2 电流过零检测——电流过零窗口比较器

电流过零(CZC)是Triac的换流点。在非线性负载时,由于电流过零点和电压过零(VZC)点不一致,CZC检测尤其重要;但是,监控CZC并不像监控 VZC那么容易,因为,通常检测方式需要在负载上串联一个电阻,这就分离了负载电路且浪费了电能。通常方法是通过放大和电平变换,然后和微控制器相连,这至少需要一个额外的运算放大器及其相关元件。LPC检测电流过零采用了一种全新的方法:监控Triac门极(VG)到阳极(T1)的电压。VG-T1给出了Triac即将换流的一个信号,因为VG-T1在CZC时过零,根据负载电流和Triac的特性,VG-T1可低至0.1V或大于1.2V。如图4所示电路,使用窗口比较器监控该电压即能完成CZC功能。图4窗口比较器用于门电压和电流过零检测器,VG-T1相对于线电压可正可负,取决于负载电流的方向。也就是说VG-T1相对于VCC+5V而言可正可负。因此在LPC可监控之前,必须通过R4和R5分压,以使其低于VCC并处于比较器的操作电压范围,R1、R2和R3将电压限制在过零点附近。

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