在电源和马达相关应用中,具有一定的功率输出和能量转换,所以一般需要设计保护动作,从而确保在异常情况下,能够紧急关闭输出,停止系统,以保护设备和使用人员的安全。在新开发的5KW三相无桥PFC项目中,用MCU内部的ACMPHS模块配合POE,设计保护动作,这样就替代了传统过电流硬件保护电路,为客户减少了硬件成本。
本系统的主要功能是将三相AC380V动力电压转化为DC700V直流电压,供后续用电部件使用,设计使用功率可达5kw。系统框图如下所示。
在如此高功率的应用场景下,需设计硬件比较电路,时刻监控系统电流的大小。保证在电流异常情况下,能够切断系统控制输出,停止系统运行。如采用MCU外部硬件设计实现,一般需要三套比较器电路。本应用中,由于三相电流参与算法调节控制,所以这三相电流是芯片必须进行采样的AD信号。可将三相电流采样数据,同时输入到MCU中三个内部高速比较器中,叠加DAC模块的配合,进行阈值设计,实现POE的保护动作。
本文建议使用FSP(关于FSP的使用介绍可在瑞萨官网上搜索资料作为参考)搭建程序框架。
(1)在工程的stack选项卡中,点击添加高速比较器功能模块单元,如下图所示。由于在应用中需要对三相电流进行采样,所以需要添加三个高速比较器功能模块,通道分别选择0、1、2。
在三个高速比较器模块的属性中,分别选择三相电流AD输入作为输入信号源(IVCMP)。阈值电压的设置部分的具体内容,请参考下节内容。
(2)如上图所示,阈值电压(IVREF)可采用内部DA模块生成,进一步降低外围电路设计需求。DA模块可同样的通过FSP添加。
在DA模块的属性中进行设置,本应用中重点的设置包括通道号、数据格式和内部输出使能。
具体的DA输出电压值,可在初始化时,通过代码具体设置。如下所示:(本文只展示功能设置过程,具体数值与系统设计有关,此处不展开说明)
R_DAC_Write(&g_dac0_ctrl,2860);
R_DAC_Write(&g_dac1_ctrl,2860);
R_DAC_Write(&g_dac2_ctrl,2860);
(3)通过FSP添加POE保护模块。
将内部比较器输出设置为POE输入信号源,POE将根据比较器的结果,产生动作信号。
(4)在GPT模块中设置POEG禁止输出使能,在异常情况发生触发时,切断GPT的输出信号。
综上,本文介绍了在使用RA-T系列芯片设计电机和电源相关项目时,使用MCU中的内部比较器ACMPHS配合POE模块可以实现系统保护功能,并展示了FSP设置所涉及到的关键步骤。可以最大限度地发挥瑞萨芯片的自身优势,为客户提供更好的解决方案。
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