SPMC75F2413A在直流变频洗衣机中的应用

SPMC75F2413A在直流变频洗衣机中的应用摘要： 本文主要介绍利用SPMC75F2413A单片机来开发直流变频洗衣机的原理盒方法。

关键词：直流变频

1 引言

洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐，全自动即进水、洗涤、漂洗、摔干等一系列过程自动完成，控制器通常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可供用户选择。变频控制依其高性能、节能等优点在洗衣机的控制中得到广泛应用，下面介绍采用凌阳科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A单片机来设计的直流变频洗衣机的控制系统。

2 芯片特性简介

SPMC75F2413A是凌阳科技公司开发的用于变频驱动的嵌入式16位微控制器，适用于变频电动机驱动、电源、家电和车内风扇控制系统等领域。

特性包括：

凌阳16位u'nSP处理器(ISA 1.2)

工作电压：4.5V～5.5V

最高运行速度：24MHz

工作温度： -40 ℃～85 ℃

芯片内存储器：
32KW (32K×16) Flash
2KW (2K×16) SRAM

基于时钟发生模块的锁相环电路

看门狗定时器

10位模/数转换器
8通道输入
10us (100kHz)转换时间

串行通讯接口
通用异步串行通讯接口(UART)
标准外围接口(SPI)

64（QFP80）/53（QFP64、SDIP64）个通用输入输出管脚

电源管理
2种低功耗模式：Wait/Standby
每个外设都可以独立的供电

两个比较匹配定时器

5个16位通用定时器
2个用于驱动电机的脉宽调制输出(互补的3相6路脉宽调制输出)
2个用于速度捕获
1个用于速度反馈环

中心(center)或边沿(edge)脉宽调制输出

通过外部错误保护管脚进行脉宽调制输出保护

可编程的死区控制(Dead time control)

脉宽调制服务和错误中断发生

具备驱动交流感应电机和直流无刷电机的能力

内嵌在线仿真功能（ICE）

3 系统总体方案介绍

整个系统主要由两部分组成：由SPMC75F2413A控制的DMC控制板和由SPCE061A控制的PANEL板，两者之间的连接系统方块图如图3.1所示。

图3.1 变频洗衣机系统组成框图

PANEL控制器采用16 位SPCE061A控制器，主要完成的功能有：按键扫瞄、状态显示与通讯。洗衣机的控制通过按键输入来选择操作模式，并可设定选择水量、预约时间，详细设定洗衣、洗净及脱水的参数；电源按键钮为起始与驱动控制电路板的连接，起动或暂停键为运转洗衣机或暂停。运转过程中的剩余时间透过7 段显示器来显示。

DMC 控制器采用16 位SPMC75F2413A 单芯片控制器，主要完成的功能有：侦测马达转子的位置讯号，以120 度方波驱动PWM 方式驱动直流无刷马达。

4 系统硬件设计

系统控制包括DMC控制板和PANEL控制板两部分，下面主要介绍DMC控制板硬件设计。

4.1 电源电路

图4.1为EMI 电源滤波器与单相全桥整流器电路，AC 电源输入接头为CON1，电压为220VAC，电源输入端通过突波吸收器ZNR3以避免过大的电压突波损坏器件，C8 与C12 的Y2 电容串联后连接至接地点，通常也可以连接至机壳。透过全桥整流器DB1整流、C13 滤波后可得到输出直流电压。

图4.1 EMI 电源滤波器

图4.2为DC/DC电源供应电路，电源供应器的输出侧电源为P+18V 与+12V。P+18V 电源输出后分别透过IC21与IC22 产生P+15V 与P+5V，以供给IPM 功率模块的工作电压。而+12V 经线性稳压器IC20产生+5V 电源供给SPMC75F2413A 等数字电路的工作电压。

图4.2 DC/DC电源供应电路

4.2 MCU控制电路

图4.3为MCU控制电路，此部分的电路主要是以u'nSP SPMC75F2413A 微控制器为主，CON5连接在线调试、仿真器ICE。

图4.3 MCU控制电

4.3 IPM马达驱动电路

图4.4为IPM马达驱动电路，因为驱动的马达为三相变频，因此一般来说微控制器需具备能够输出6 个PWM 讯号的能力，SPMC75F2413A 在芯片硬件上可由MCP 与PDC 定时器模块完成此功能。IPM 模块内集成了动回路与过电流检测电路，MCU 的PWM 输出讯号通过光耦送到IPM 模块，但在实际应用上需考虑到对MCU 的保护与快速地对IPM 模块产生高阻抗讯号，因此在电路中加入了IC12 的缓冲电路；过电流回馈讯号经光耦合器后连接到FTINx 的输入脚，以求能够对IPM 模块快速地保护。D5、D6、D7、C37、C40 与C43 产生组成自举电路提供IPM上臂开关的驱动信号。

图4.4 IPM马达驱动电路

4.4 水位检测电路

图4.5为洗衣机的水位检测电路，CON4连接水位传感器，水压大小产生LC 震荡，压力越小则频率越大，反之亦然。当接近零水位时，输出频率约在27.8KHz。此频率通过F/V 转换电路，转换为模拟电压输入至芯片内ADC 模块来计算水位高低。

F/V 转换电路由IC7所产生，电路组件R33 与C36 形成输入端高通滤波器以滤除直流电压，输出电压大小由R30、C33 与输入频率决定，电压计算式为: Vo = R30 x C33 x Vcc x Fin；其中Vcc 为+5V、Fin 为输入频率。