摘要：

實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTA—C)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為1～26 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于0．5 dB，采用1．8 V電源，TSMC 0．18μm CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。

引言：

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，功耗與節(jié)能為電子技術(shù)提出了新的要求。在電力電子技術(shù)方面，交流電機(jī)的變頻調(diào)速更成了電機(jī)控制的主流，變頻調(diào)速是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。主要采用交流一直流一交流方式，即把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源。變頻調(diào)速技術(shù)憑借其節(jié)能降耗、改善工藝和提高控制精度等方面的優(yōu)點(diǎn)，使得變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)揮了交流電機(jī)本身固有的優(yōu)點(diǎn)，解決了交流電機(jī)調(diào)速性能先天不足的問題。本文先對TMS320F2812芯片和智能功率模塊進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，根據(jù)他們的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了通用變頻電路設(shè)計(jì)方案。在實(shí)際的應(yīng)用中可以根據(jù)控制方式的需要，制定不同的控制方式，廣泛應(yīng)用于三相異步電機(jī)的SVPWM控制。

1 變頻調(diào)速方式

交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1=60f/p，再根據(jù)異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率s=(n1-n)/n1，可知交流異步機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：n=n1(1-s)=(1-s)60f/p，其中P為極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為定子供電頻率，當(dāng)p和s為定植時(shí)，要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，只需要改變f就可以了，根據(jù)控制方式的不同，一般可以分為三種調(diào)速方式：在變頻調(diào)速過程中保持定子電壓和定子供電頻率之比為常數(shù)，即恒磁通變頻調(diào)速，保持定子電流不變的恒流控制調(diào)速方式，保掙恒電磁通調(diào)速方式。
在具體控制上，可以采用VVVF(Variable Voltagevariable Frequency)變頻或矢量控制變頻控制方式，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要實(shí)時(shí)采樣相電壓以及各相電流，根據(jù)控制方式的不同，可以選用不同的算法程序。

2 高速DSP芯片TMS320F2812介紹

TMS320F2812DSP是德州儀器公司(TI)推出的一款32位高性能數(shù)字信號處理器，它是專為控制設(shè)計(jì)的高速DSP芯片，擁有峰值每秒運(yùn)行150萬條指令(MIPs)的處理速度和單周期完成32×32位MAC運(yùn)算的功能，再加上兩個(gè)事件管理器(EVA和EVB)、片上Flash以及片上RAM和AD轉(zhuǎn)換模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)快速的數(shù)字信號處理算法，在三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛的被采用。

(1)高性能的32位中央處理器

主頻150MHZ(時(shí)鐘周期6．67ns)，低功耗(核心低壓1．8v，I／O口3．3v)，16位×16位和32位×32位乘且累加操作以及16位×16位的兩個(gè)乘且累加，統(tǒng)一的寄存器編程模式，可達(dá)4M字的線性程序地址和數(shù)據(jù)地址。

(2)片內(nèi)存儲(chǔ)器

8Kx16位的Flash存儲(chǔ)器
1Kx16位的0TP型只讀存儲(chǔ)器
L0和L1：兩塊4Kx16位的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器(SARAM)
HO：一塊8Kx16位的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器
M0和M1：兩塊1Kx16位的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器

(3)時(shí)鐘與系統(tǒng)控制

支持動(dòng)態(tài)的改變鎖相環(huán)的頻率(PLL)
片內(nèi)振蕩器
看門狗定時(shí)器模塊
CPU級和外設(shè)級中斷相結(jié)合的控制系統(tǒng)

(4)豐富的外圍設(shè)備

兩個(gè)事件管理器(EVA、EVB)
串行外圍接口(SPI)
兩個(gè)串行通信接口(SCI)，標(biāo)準(zhǔn)的UART
改進(jìn)的控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ECAN)
多通道緩沖串行接口(MCBSP)
16通道12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)

3 智能功率模塊 IPM

特點(diǎn)如下：提高可靠性和馬達(dá)效率(死區(qū)時(shí)間減少)，單電源15V供電，實(shí)現(xiàn)低損耗；熱阻低，易于散熱，簡化了設(shè)計(jì)空間，低成本單模封裝，方便了集中安裝接散熱片，為設(shè)計(jì)高集成度的電機(jī)控制器提供了便利；內(nèi)置短路、欠壓保護(hù)電路。且不需要高速光耦隔離，明顯減少了電機(jī)的死區(qū)時(shí)間；輸入接口電路采用高電平驅(qū)動(dòng)邏輯，消除了舊產(chǎn)品低電平驅(qū)動(dòng)方式對電源投入和切斷時(shí)的時(shí)序要求。增強(qiáng)了模塊自保護(hù)能力；輸入信號端內(nèi)置下拉電阻，外部無須再下拉電阻，可直接由DSP或3V級單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。

如上圖所示，圖1為IPM模塊的上驅(qū)動(dòng)部分，圖2為IPM模塊的下驅(qū)動(dòng)部分。一個(gè)完整的DIP-IPM模塊包括三個(gè)上驅(qū)動(dòng)部分和一個(gè)下驅(qū)動(dòng)部分，在圖1中給出的只是U相的驅(qū)動(dòng)電路，V、W相與U相的電路完全相同。下面就結(jié)合內(nèi)部結(jié)構(gòu)對模塊進(jìn)行說明。

UP，VP，WP，UN，VN，WN，控制信號輸入端子，此為控制開關(guān)運(yùn)行的信號輸入端子，信號為電壓型。這些端子在模塊內(nèi)部與5V CMOS施密特觸發(fā)電路相連。各信號線可直接與單片機(jī)輸出口連接，無需接光耦隔離。

P為逆變器直流母線的正電源端。在模塊內(nèi)部，此端與上臂IGBT的集電極相連。為抑制直流母線引線和PCB上寄生電感引起的浪涌電壓，應(yīng)在非?？拷黀，N端子處加平滑電容或具有良好頻率特性的小薄膜電容。
N為逆變器直流母線的負(fù)電源端(主電路地)。在模塊內(nèi)部，此端與下臂IGBT的發(fā)射極相連。