探索Microchip dsPICDEM? MCHV - 3開發(fā)板：電機控制的理想之選

在電機控制應用的開發(fā)領域，一款優(yōu)秀的開發(fā)板能夠極大地提升開發(fā)效率和質量。Microchip的dsPICDEM? MCHV - 3開發(fā)板就是這樣一款備受關注的產品。今天，我們就來深入了解一下這款開發(fā)板的特點、使用方法以及硬件構成。

文件下載：DM330023-3.pdf

一、開發(fā)板概述

Microchip dsPICDEM? MCHV - 3開發(fā)板旨在幫助用戶快速評估和開發(fā)各種電機控制應用，適用于PIC32和PIC24微控制器（MCUs）以及dsPIC?數(shù)字信號控制器（DSCs）。它主要針對無刷直流（BLDC）電機、永磁同步電機（PMSM）和交流感應電機（ACIM）的有傳感器或無傳感器操作進行控制。

這款開發(fā)板是dsPICDEM MCHV開發(fā)系統(tǒng)的升級版，具有高度的靈活性和成本效益。它支持PIC24F、PIC24E、dsPIC33F、dsPIC33E和PIC32電機控制設備系列，還提供了連接通用100引腳插入式模塊（PIM）的安裝選項。

開發(fā)板的逆變器額定連續(xù)輸出電流為6.5A（RMS），在208V至230V單相輸入電壓、最高30oC（85oF）環(huán)境溫度下，可提供約2 kVA的輸出功率。這使得它非常適合驅動高達1 kW（1.34 HP）的標準三相感應電機或稍高額定功率的工業(yè)伺服電機，也能驅動不超過最大功率限制的其他類型電機和電負載。

二、開發(fā)板特點

2.1 電機控制接口

• 三相逆變器橋：功率額定值為400V/6.5A（J17），為電機驅動提供強大的動力支持。
• 傳感器接口：具備霍爾傳感器/正交編碼器接口（QEI），適用于有傳感器的電機控制算法（J9），同時提供相電壓反饋，可用于無傳感器BLDC操作。
• 電流檢測：有直流母線電流檢測電阻用于單分流矢量控制，相電流檢測電阻用于雙分流矢量控制，并且具備過流保護功能。
• 芯片支持：支持帶有內部運算放大器和比較器的Microchip MCUs/dsPIC DSCs。

2.2 輸入/輸出

• 按鈕與電位器：一個隔離的按鈕（S1）、隔離的復位按鈕（RESET）和一個隔離的10 kΩ電位器（POT1），方便用戶進行操作。
• 指示燈：PWM輸出有LED指示燈，還有兩個用于調試的LED指示燈（D2和D19）。

2.3 隔離通信端口

• UART通信：支持通過USB（J6）和RS - 232（J8）進行UART通信，方便與外部設備進行數(shù)據交互。

2.4 內置隔離編程器/調試器

• 開發(fā)板配備了內置的隔離編程器/調試器（J20），提供了便捷的編程和調試功能。

2.5 功率因數(shù)校正器

• 輸入電壓范圍：最大輸入電壓為90 VAC至265 VAC，適應不同的電源環(huán)境。
• 反饋與保護：具備電流反饋電路、VAC輸入電壓感應、過零檢測、直流母線檢測和過流保護功能。

2.6 內置電源

• 提供15V電源，最大功率為11W；3.3V電源，最大功率為2W，滿足不同組件的供電需求。

2.7 繼電器電路

• 與浪涌電流限制器并聯(lián)，在浪涌電流減小后開啟，保護電路安全。

2.8 附加保護電路

• 包括250 VAC/15A保險絲、浪涌電流限制器和EMI濾波器，確保開發(fā)板的穩(wěn)定運行。

三、使用前的準備

3.1 安全注意事項

在使用開發(fā)板之前，務必仔細閱讀安全注意事項。開發(fā)板必須始終接地，輸出端子與輸入交流電源不隔離，可能高達410V，在操作期間和斷開電源后五分鐘內都帶電，嚴禁在此期間觸摸端子或打開蓋子。此外，開發(fā)板應僅由了解電擊危險并閱讀和理解用戶說明的合格人員進行安裝、操作、維護或修改。

3.2 文檔閱讀

建議閱讀相關的文檔，如MPLAB? XC16 C編譯器用戶指南、MPLAB? IDE用戶指南等，這些文檔可以幫助你更好地使用開發(fā)板和相關工具。

3.3 保修登記

完成隨附的保修登記卡并及時郵寄，這樣可以獲得新產品更新。臨時軟件版本可在Microchip網站上獲取。

四、開始使用開發(fā)板

4.1 了解板載組件

開發(fā)板由兩個階段組成：

• PFC階段：集成了功率因數(shù)校正（PFC）電路、全橋整流器、15V電源、3.3V電源和繼電器電路。
• 功率模塊階段：包含PIM連接器、隔離用戶界面連接器和電機驅動器。

4.2 用戶界面

開發(fā)板的用戶界面包括輸入/輸出控制開關、PWM輸出、隔離通信端口、內置隔離編程器/調試器、電機連接器和電源供應連接器等。用戶可以通過這些組件與開發(fā)板進行交互。

4.3 連接系統(tǒng)

4.3.1 電源連接

使用標準的雙絕緣3芯柔性電纜，最小電流額定值為10A（1 mm2，18 AWG），如計算機電源線。輸出電纜推薦尺寸為1.0至1.5 mm2（18 AWG至16 AWG），額定電壓為600V，且應具有雙絕緣或保護接地屏蔽。連接時應使用藍色或紅色絕緣壓接端子，避免電線短路。

4.3.2 主機/通信連接

使用迷你USB轉USB認證電纜或標準DB9公對母電纜將開發(fā)板連接到主機計算機。

4.3.3 連接順序

• 連接電機端子和電機接地。
• 如果使用位置傳感器，連接相應的傳感器端子。
• 連接通信端口，根據需要選擇RS - 232或USB通信。
• 連接USB電纜到編程/調試端口。
• 插入合適的矩陣板。
• 最后連接電源線。

4.4 電源序列

4.4.1 上電序列

將電源線連接到交流電源，當LED D6、D13、D17和D18亮起時，表示開發(fā)板已上電。

4.4.2 斷電序列

• 移除PWM輸出分流跳線，停止所有功率設備的觸發(fā)。
• 斷開電源線，關閉交流電源。
• 等待紅色直流母線LED指示燈（D13）熄滅，等待時間不超過5分鐘。

4.4.3 編程/調試應用代碼

可以使用MPLAB? Starter Kit板載編程器/調試器和MPLAB X IDE進行編程和調試。具體步驟包括啟動MPLAB X IDE、打開應用項目、點擊調試項目進行構建和編程，然后可以在調試模式下運行、檢查和修改程序。

五、硬件詳解

5.1 功率因數(shù)校正（PFC）階段板

5.1.1 AC電源輸入

包括保險絲、電容器、電感器、壓敏電阻、整流器等組件，用于過濾和轉換交流電源。

5.1.2 有源功率因數(shù)校正（PFC）

通過電感、IGBT、二極管等組件，控制輸入電流以跟隨市電波形，提高功率因數(shù)和降低諧波失真。

5.1.3 PFC反饋電路

通過測量整流輸入電壓、交流輸入電壓過零事件、整流輸入電流和直流母線電壓等反饋信號，實現(xiàn)電流控制。

5.1.4 電源供應

提供15V和3.3V電源，滿足不同組件的供電需求。

5.1.5 故障電路

提供直流母線過流和過壓保護，通過比較器和閾值設置來檢測故障。

5.1.6 板載連接器

包括AC輸入連接器、DC母線輸出連接器和14針鍵控連接器，用于連接電源和信號。

5.2 功率模塊階段

5.2.1 插入式模塊配置

PIM（U11）具有多個引腳，用于連接各種信號和電源。

5.2.2 電源供應

默認從PFC階段板獲取15V、3.3V和3.3V模擬軌電壓，也可以使用外部24V電源。

5.2.3 功率模塊

包含三相IGBT逆變器橋、柵極驅動電路、短路保護電路等，實現(xiàn)電機驅動。

5.2.4 反饋電路

提供霍爾傳感器、相電壓反饋、直流母線電壓反饋、逆變器支路分流電阻反饋和直流母線電流反饋等多種反饋方式，用于電機控制。

5.2.5 矩陣板

用于連接信號和隔離不使用的信號路徑，有內部運算放大器配置矩陣板、外部運算放大器配置矩陣板和PFC - 外部運算放大器配置矩陣板等不同類型。

5.2.6 故障電路

除了功率模塊產生的故障信號，還可以檢測直流母線過流故障。

5.2.7 隔離

推按鈕、通信端口和板載編程器/調試器的電源與功率模塊或Microchip PIC MCU/dsPIC DSC設備的電源隔離。

5.2.8 通信端口

提供UART - USB和UART - RS - 232兩種通信方式，通過分流跳線選擇。

5.2.9 用戶界面

包括隔離和非隔離接口，如電位器、按鈕、LED指示燈等。

5.2.10 編程和調試硬件

通過內置的板載調試器/編程器和PIC24FJ256GB106 MCU實現(xiàn)編程和調試功能。

5.2.11 板載連接器

包括電機相輸出、直流母線輸入、傳感器輸入、通信端口和編程/調試端口等。

5.3 電氣規(guī)格

開發(fā)板的最大功率和電流能力受組件允許的溫度上升限制。逆變器的直流母線電壓范圍為40 - 400 VDC，電流范圍為0.1 - 10A，功率額定值為4 - 4000W；PFC的直流母線電壓范圍為90 - 400 VDC，電流范圍為0.1 - 2.5A，功率額定值為9 - 1000W。在一些情況下，可以通過外部通風機制增加最大輸出功率。

六、總結

Microchip dsPICDEM? MCHV - 3開發(fā)板為電機控制應用的開發(fā)提供了一個全面、靈活且可靠的平臺。無論是對于初學者還是有經驗的工程師，它都能幫助你快速實現(xiàn)電機控制算法的開發(fā)和調試。在使用過程中，務必遵循安全注意事項，仔細閱讀文檔，并根據實際需求進行配置和操作。希望這篇文章能幫助你更好地了解和使用這款開發(fā)板。你在使用這款開發(fā)板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。