摘要：介绍了一种以C504专用芯片和智能功率模块IPM为基础的SPWM变频调速系统。它可以实现输出频率在0～60Hz和载波频率在500Hz～10kHz之间变化，有数条V/F曲线、启动时间、载波比和调制方式等选择功能，并具有多种保护功能和人机对话功能，对参数可随时调节。

    关键词：C504芯片 SPWM 变频调速 捕捉/比较单元（CCU）

随着变频调速应用的日益广泛，相关技术的日益成熟，人们不仅对变频调速系统的性能要求越来越高，而且对控制芯片的功能要求越来越多，对功能开关元件的智能化要求越来越高，以满足生产的需求并适应不同的工作环境。为此，本文介绍了一种主电路采用智能模块IPM，控制芯片采用西门子公司生产的电机专用芯片C504的SPWM变频调速系统的研究和设计。

1 控制芯片C504的介绍

C504芯片是德国西门子公司在8051单片机基础上推出的，专用于变频器控制、低功耗、多功能、大容量的8位单片机。它包括一个8位CPU，256字节RAM，16KBROM，三个16位定时器/计数器，一个专用于产生PWM信号的16位捕捉/比较单元，一个10位定时比较单元，四个8位I/O接口（其中包括8路模拟输入和6路PWM输出），一个10位A/D转换器，一个15位看门狗定时单元和RC振荡器看门狗电路，两级共12个中断源，最大操作频率达40MHz。捕捉/比较单元CCU是C504独具有优点，这一设置大大简化了用于产生PWM波形的控制软件和外部硬件。系统一旦运行，可以产生独立的三相6路PWM波或SPWM波，只有在改变PWM波的占空比和周期时才受CPU的控制，还可以通过编程选择不同的PWM控制方式，实现在线编程控制。

2 系统的硬件与功能概述

变频调速系统的硬件总体结构框图如图1所示。它主要由逆变器主电路、单片机控制系统及各种检测保护电路组成。

2.1 主电路

主电路采用的是交-直-交电压源结构，其中整流桥与逆变桥都是模块形式，选取智能功率模块IPM-PM15CSJO7O作为主开关管（适用于1kW，5A的电动机）。它具有高速、低功耗、过电流、短路、欠压、过热保护功能，实现元件的自保护；驱动电路集成于IPM之中，实现控制基板与功率基板分离，切断来自功率系统的干扰；高度集成，减小配线电感；内设干扰滤波器，防止元件误工作，提高元件工作的可靠性，提高主电路的抗干扰能力。

2.2 保护电路及抗干扰措施

系统中除了IPM的自保护功能外，还设计有电源欠压、过压、过载的极限保护电路，经过检测、比较、光电隔离等环节以实现对欠压、过压、过戴的保护。所有保护都经与门送到C504的CTRAP端，同时送到锁存器保存，以备显示和检查。若发生故障，使CTRAP为低电平，通过控制CCU的初始化寄存器，使端口控制逻辑处于封锁状态，无PWM信号输出，逆变器停止工作；然后，再通过CCU的控制寄存器CTCON的状态字，使接受中断，保存原始状态进入硬件复位，进行故障判断和故障代码显示，以便维修。

另外，在C504内部由于有一个15位看门狗定时单元和RC振荡器看门狗电路，分别对软件和晶振源频率进行监控，若发生程序跑飞和死机现象，通过15位定时器控制，CPU自动转入复位状态和休闲状态等待；若晶振源频率低于RC振荡器的频率，通过RC振荡器看门狗电路控制，使CPU自动转入复位状态和休闲状态等待；防止数据丢失和CPU非正常运行，提高控制系统的抗干扰能力。

2.3 硬件结构

根据设计需要，选用28F256芯片对外部程序存储器进行扩展，使片外存储容量达到了32K；由于采用了FLASH技术，实现了快速在线修改。为实现人机对话，采用8279实现可编程并行I/O口的扩展，设