基于SPMC75F2413A单片机的直流变频洗衣机的设计

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、甩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 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[page]

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控制电路

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 模块内集成了驱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 的保护以及与快速地对IPM 模块产生高阻抗讯号，光耦的正常驱动，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