JAJU919 December   2023

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 用語
    2. 1.2 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 TMS320F2800137
      2. 2.3.2 MSPM0G1507
      3. 2.3.3 TMP6131
      4. 2.3.4 UCC28881
      5. 2.3.5 TPS54202
      6. 2.3.6 TLV9062
      7. 2.3.7 TLV74033
    4. 2.4 システム設計理論
      1. 2.4.1 ハードウェア設計
        1. 2.4.1.1 モジュール形式の設計
        2. 2.4.1.2 高電圧降圧補助電源
        3. 2.4.1.3 DC リンク電圧検出
        4. 2.4.1.4 モーター相電圧のセンシング
        5. 2.4.1.5 モーター相電流のセンシング
        6. 2.4.1.6 外部過電流保護
        7. 2.4.1.7 TMS320F2800F137 の内部過電流保護
      2. 2.4.2 3 相 PMSM 駆動
        1. 2.4.2.1 PM 同期モーターのフィールド オリエンテッド コントロール
          1. 2.4.2.1.1 空間ベクトルの定義と投影
            1. 2.4.2.1.1.1 ( a 、   b ) ⇒ ( α 、 β ) クラーク変換
            2. 2.4.2.1.1.2 α 、 β ⇒ ( d 、   q ) パーク変換
          2. 2.4.2.1.2 AC モーターの FOC 基本方式
          3. 2.4.2.1.3 回転子フラックスの位置
        2. 2.4.2.2 PM 同期モーターのセンサレス制御
          1. 2.4.2.2.1 位相ロック ループを備えた拡張スライディング モード オブザーバ
            1. 2.4.2.2.1.1 IPMSM の数学モデルと FOC 構造
            2. 2.4.2.2.1.2 IPMSM 向け ESMO の設計
            3. 2.4.2.2.1.3 PLL による回転子位置および速度の推定
        3. 2.4.2.3 弱め界磁 (FW) および最大トルク / 電流 (MTPA) 制御
        4. 2.4.2.4 モーター駆動のハードウェア要件
          1. 2.4.2.4.1 モーター電流帰還
            1. 2.4.2.4.1.1 3 つのシャント電流センシング
            2. 2.4.2.4.1.2 1 つのシャント電流センシング
          2. 2.4.2.4.2 モーター電圧帰還
  9. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 ハードウェアの概要
      1. 3.1.1 ハードウェア ボードの概要
      2. 3.1.2 テスト条件
      3. 3.1.3 ボードの検証に必要なテスト機器
    2. 3.2 GUI の概要
      1. 3.2.1 テスト設定
      2. 3.2.2 GUI ソフトウェアの概要
      3. 3.2.3 シリアル ポートの設定
      4. 3.2.4 モーターの識別
      5. 3.2.5 モーターの回転
      6. 3.2.6 モーターのフォルト ステータス
      7. 3.2.7 制御パラメータの調整
      8. 3.2.8 仮想オシロスコープ
    3. 3.3 C2000 ファームウェアの概要
      1. 3.3.1 ボード テストに必要なソフトウェアのダウンロードとインストール
      2. 3.3.2 CCS でのプロジェクトの開始
      3. 3.3.3 プロジェクト構造
      4. 3.3.4 テスト方法
        1. 3.3.4.1 ビルド レベル 1：CPU とボードの構成
          1. 3.3.4.1.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.1.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.1.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.1.4 コードの実行
        2. 3.3.4.2 ビルド レベル 2：ADC 帰還を使用した開ループ チェック
          1. 3.3.4.2.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.2.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.2.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.2.4 コードの実行
        3. 3.3.4.3 ビルド レベル 3：閉電流ループ チェック
          1. 3.3.4.3.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.3.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.3.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.3.4 コードの実行
        4. 3.3.4.4 ビルド レベル 4：完全なモーター駆動制御
          1. 3.3.4.4.1 CCS を起動し、プロジェクトを開く
          2. 3.3.4.4.2 プロジェクトのビルドとロード
          3. 3.3.4.4.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 3.3.4.4.4 コードの実行
          5. 3.3.4.4.5 モーター駆動 FOC パラメータの調整
          6. 3.3.4.4.6 弱め界磁および MTPA 制御パラメータの調整
          7. 3.3.4.4.7 電流センシング回路の調整
    4. 3.4 テスト結果
      1. 3.4.1 負荷および熱のテスト
      2. 3.4.2 外部コンパレータによる過電流保護
      3. 3.4.3 内部 CMPSS による過電流保護
    5. 3.5 新しいハードウェア ボードへのファームウェアの移行
      1. 3.5.1 PWM、CMPSS、ADC モジュールの構成
      2. 3.5.2 ハードウェア ボード パラメータの設定
      3. 3.5.3 フォルト保護パラメータの構成
      4. 3.5.4 モーターの電気的パラメータの設定
    6. 3.6 MSPM0 ファームウェアの概要
  10. 4設計とドキュメントのサポート
    1. 4.1 デザイン ファイル
      1. 4.1.1 回路図
      2. 4.1.2 部品表 (BOM)
      3. 4.1.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
      4. 4.1.4 Altium プロジェクト
      5. 4.1.5 ガーバー ファイル
    2. 4.2 ソフトウェア ファイル
    3. 4.3 ドキュメントのサポート
    4. 4.4 サポート・リソース
    5. 4.5 商標
  11. 5著者について
2.4.2.4.1.1 3 つのシャント電流センシング

モーターを流れる電流は、PWM サイクルごとにモーター制御アルゴリズムの一部としてマイクロコントローラによってサンプリングされます。TMS320F2800137 ドーターボードは 1～3 つのシャント電流センシングに対応し、MSPM0G1507 ドーターボードは 1～2 つのシャント電流センシングに対応しています。モーター相の双方向電流、つまり正負の電流を測定するには、以下の回路では 1.65V のリファレンス電圧が必要です。このオフセット リファレンス電圧は、図 2-29 に示すように、電圧フォロワによって生成されます。

GUID-20231103-SS0I-822H-MJQ6-9C83NHX2VWVQ-low.svg図 2-29 3.3V 入力回路からの 1.65V リファレンス電圧

図 2-30 は、TMS320F2800137 ドーターボードの場合に、フィルタリング、増幅、ADC 入力範囲の中心へのオフセットにより、モータ電流を電圧信号として表す方法を示しています。この回路は、コンプレッサおよびファンの 3 相 PMSM の各相に使用されます。この回路の伝達関数を 式 52 に示します。

式 52. V O U T = V O F F S E T + I I N × R S H U N T × G i

ここで、

  • Rshunt = 0.05Ω
  • Voffset = 1.65V

計算された抵抗値により、図 2-36 に示されたセンシング回路が構築されます。Gi は 式 53 で求められます。

式 53. G i = R f b R i n = R 18 ( R 97 + R 15 ) = 10 kΩ 20 + 2 . 4 kΩ = 4 . 132

マイクロコントローラで測定可能なピーク ツー ピーク電流の最大値は、式 54 で求められます。

式 54. I s c a l e _ m a x = V A D C _ m a x R S H U N T × G i = 3 . 3 0 . 05 × 4 . 132 = 15 . 97 A

この式ではピーク ツー ピーク値は ±7.99A になります。次のコード スニペットは、user_mtr1.h ファイルでコンプレッサ モーターに対してどのように定義されているかを示しています。

//! \brief Defines the maximum current at the AD converter
#define USER_M1_ADC_FULL_SCALE_CURRENT_A         (15.97f)

電流帰還の極性が正しいことも、マイクロコントローラが正確な電流測定を行う上で重要です。このハードウェア ボードの構成では、接地に接続されているシャント抵抗の負のピンは、オペアンプの反転ピンにも接続されています。user.mtr1.h での次のコード スニペットに示すように、強調表示されている記号は、ソフトウェアで電流帰還の正しい極性を持つように設定する必要があります。

// define the sign of current feedback based on hardware board
#define USER_M1_SIGN_CURRENT_SF     (1.0f)
GUID-20231030-SS0I-J8JN-8CLD-G1FLWKPMGX8R-low.svg GUID-20231103-SS0I-SZ7R-1FLC-NGFLZFSVVHQD-low.svg図 2-30 3 つのシャント電流センシング (TMS320F2800137)

MSPM0 ドーターボードでは、システムのコストを削減するために、2 つの高性能内蔵アンプを使用して 2 つのシャント電流センシングが実装されています。また、アンプのゲインは 4.132 で、カットオフ周波数は 70kHz です。図 2-31 に、MSPM0G1507 ドーターボードにおける 2 つのシャント電流センシング回路を示します。

GUID-20231030-SS0I-33CK-FD1D-8P6H6GTDWNVK-low.svg図 2-31 MSPM0G1507 における 2 つのシャント電流センシング回路