DESIGN OF LOW COST VARJABLE SPEED DRIVE FOR AIR BLOWER MOTOR A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Engineering BY Nihal Tashmantha Athapattu Supervised by Dr. J. P. Karunadasa Department of Electrical Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka 2006 87313 Abstract In Air conditioning air blowers are working at full speed although the conditional area at set temperature. Tins situation consumed considerable amount of energy to drive \ the fan or blower and running the refrigeration cycle itself The amount of energy which is used to drive the air blower and refrigeration cycle of the air conditioning system can be considered as loss of energy. This loss can be minimized by introducing the Variable Speed Drive (VSD) to drive the air blower or fan by sensing the conditional area temperature etc. Cost of the VSD is very high in the local market, and it creates long pay back period for investment of installing a VSD for air conditioning system. Also electricity tariff in Sri Lanka is very high and has a trend of increasing. Therefore by introducing VSD the electrical energy used for Air conditioning can be minimized. By considering the above facts low cost VSD is useful for the local market. In this project low cost Micro controller has been used as the motor control unit. Micro controller generates PWM to drive IGBTs in power module. The method used to vary the speed of induction motor is varying the voltage and frequency by keeping voltage/frequency ratio constant. Micro controller senses the variable voltage created by the potential meter or controller. TIns voltage is converted into form of binary value by one of analog to digital converter in the micro controller. This value is used to calculate pulse width and number of pulses in the period. The software program senses the ON/OFF switch input for the Micro controller and accordingly Run or Stop the motor. The program can be further developed for improving reliability and safety of the D E C L A R A T I O N T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n , e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e , a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . \ \ - ~-<----- · Y ~- N . T . A t h a p a t t u 0 6 / 1 2 / 2 0 0 6 I e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . $~ D r . . J . P . K a r u n a d a s a D e c l a r a t i o n A b s t r a c t A c k n o w l e d g e m e n t L i s t o f F i g u r e s C h a p t e r s C o n t e n t s v V l l V l l l l . I n t r o d u c t i o n l 2 . D e s i g n C o n s i d e r a t i o n o f t h e V a r i a b l e S p e e d C o n t r o l l e r 4 2 . 1 S p e e d - T o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e I n d u c t i o n m o t o r 4 2 . 2 L o a d c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e I n d u c t i o n m o t o r 6 2 . 3 V / f ' C o n t r o l T h e o r y 8 3 . T h e o r e t i c a l D e v e l o p m e n t s 1 0 3 . 1 P r i n c i p a l o f S i n u s o i d a l P W M c o n t r o l 1 0 3 . 2 I n v e r t e r M o d e l 1 2 3 . 3 O u t p u t V o l t a g e s 1 3 3 . 4 M i c r o C o n t r o l l e r u n i t ( M C U ) I m p l e m e n t a t i o n 1 6 3 . 5 C h a n g i n g o u t p u t f r e q u e n c y 1 7 4 . M i c r o C o n t r o l l e r U n i t m o t o r c o n t r o l s 1 8 4 . 1 M C U T y p e s f o r M o t o r C o n t r o l s 1 8 4 . 2 P I C 1 8 F 4 4 3 1 M i c r o c o n t r o l l e r 1 9 4 . 2 . 1 F e a t u r e s o f 1 8 F 4 4 3 1 M i c r o c o n t r o l t e r 2 0 4 . 2 . 2 P o w e r C o n t r o l P W M M o d u l e 2 5 4 . 2 . 3 C o n t r o l R e g i s t e r s 2 8 I t 4 . 2 . 4 M o d u l e F u n c t i o n a l i t y 2 9 4 . 2 . 5 P W M T i m e B a s e 1 0 4 . 2 . 6 P W M P e r i o d 3 2 4 . 2 . 7 P W M D u t y C y c l e 3 3 4 . 2 . 8 P W M D u t y C y c l e R e g i s t e r s 3 3 4 . 2 . 9 E d g e - A l i g n e d P W M 3 4 4 . 2 . 1 0 C o m p l e m e n t m y P W M O p e r a t i o n 3 5 4 . 2 . 1 1 D e a d T i m e G e n e r a t o r s 3 7 4 . 1 C o n t r o l S t r a t e g y 3 9 4 . 3 . 1 V / F C o n t r o l w i t h C u n e n t F e e d b a c k 1 9 4 . 3 . 2 V / f C o n t r o l o f b l o w e r m o t o r w i t h A i r t e m p e r a t u r e F e e d b a c k 4 0 4 . 4 I n i t i a l i z i n g t h e P o w e r c o n t r o l P W M m o d u l e a n d A D C m o d u l e 4 1 4 . 5 I n i t i a l i z i n g t h e A D C m o d u l e 4 2 4 . 6 V / F C o n t r o l F i r m w a r e 4 1 4 . 7 P W M W a v e f o r m S y n t h e s i s 4 3 5 . 0 P o w e r M o d u l e s f o r I n d u c t i o n M o t o r C o n t r o l 4 6 5 1 M o t o r D r i v e R e q u i r e m e n t s 4 6 5 . 2 S i x - p a c k s c o n f i g u r a t i o n 4 7 5 . 3 G a t e D r i v e r e q u i r e m e n t s 4 8 5 . 3 . I I R 2 1 3 0 B l o c k D i a g r a m 4 9 5 . 3 . 2 P r o t e c t i o n C i r c u i t s a n d F a u l t R e p o t 1 i n g 5 1 5 . 4 H e a t S i n k C a l c u l a t i o n f o r I G B T m o d u l e 5 3 6 . 0 R e s u l t s 5 6 I l l 7 . 0 C o n c l u s i o n a n d F u t u r e D e v e l o p m e n t s 7 . 1 C o n c l u s i o n 7 . 2 V / f C o n t r o l w i t h V e l o c i t y F e e d b a c k a n d C u n - e n t F e e d b a c k 7 . 3 A d d i t i o n a l f e a t u r e s t o r V S D 7 . 4 P a y b a c k p e r i o d f o r V S D R e f e r e n c e s A p p e n d i c e s 5 9 5 9 5 9 6 1 6 2 6 4 A p p e n d i x A - S o f t w a r e P r o ! : , r r a m f o r M i c r o C o n t r o l l e r 6 5 A p p e n d i x B - P I C 1 8 F 4 4 3 1 M i c r o c o n t r o l l e r p i n a i T a n g e m e n t 8 0 A p p e n d i x C - P I C l 8 F 4 4 3 l M i c r o c o n t r o l l e r p i n d e s c r i p t i o n 8 1 A f l J l e n d i x D - I R 2 1 3 0 t h r e e p h a s e b r i d g e d r i v e r d a t a s h e e t 8 6 A p p e n d i x E - I R G 4 P C 3 0 K D I G B T d a t a s h e e t 8 8 A p p e n d i x F - H C P L 2 5 3 1 H i g h s p e e d t r a n s i s t o r o p t o c o u p l e r s d a t a s h e e t 9 0 A p p e n d i x G - L M 3 5 D Z T e m p e r a t u r e s e n s o r d a t a s h e e t 9 2 I V . A c k n o w l e d g e m e n t T h a n k s a r e d u e f i r s t t o m y s u p e r v i s o r , D r J . P . K a r u n a d a s a s e n i o r l e c t u r e r D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , f o r h i s g r e a t i n s i g h t s , p e r s p e c t i v e s , g u i d a n c e a n d s e n s e o f h u m o r . M y s i n c e r e t h a n k s g o t o P r o f e s s o r R a n j t h P e r e r a , H e a d o f D c p a t t m e n t E l e c t l i c a l E n g i n e e 1 i n g , a n d D r L a n k a U d a w a t t a l e c t u r e r D e p a t t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , f o r h e l p i n g v a r i o u s w a y s t o c l a r i f y t h e t h i n g s r e l a t e d t o m y a c a d e m i c w o r k w i t h e x c e l l e n t c o o p e r a t i o n a n d g u i d a n c e . S i n c e r e g r a t i t u d e i s a l s o e x t e n d t o D r T h r i s h a n t h a N a n a y a k k a r a , l e c t u r e r D e p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , f o r h i s g u i d a n c e f o r p r o g r a m m i n g o f P I C m i c r o c o n t r o l l e r s a n d r e l a t e d t h i n g s . F i n a l l y , I s h o u l d t h a n k m a n y i n d i v i d u a l s , f r i e n d s a n d c o l l e a g u e s w h o h a v e n o t b e e n m e n t i o n e d h e r e p e r s o n a l l y i n m a k i n g t h i s e d u c a t i o n p r o c e s s s u c c e s s f u l . V I I . . L i s t o f F i g u r e s F i g u r e 1 . 1 V a r i a b l e s p e e d d r i v e f o r A i r f l o w c o n t r o l l i n g 2 . 1 - S p e e d - T o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e I n d u c t i o n m o t o r 2 . 2 - C o n s t a n t T o r q u e , V a r i a b l e S p e e d L o a d s 2 . 3 - V a r i a b l e T o r q u e , V a t i a b l e S p e e d L o a d s 2 . 4 - C o n s t a n t P o w e r L o a d s 2 . 5 - C o n s t a n t P o w e r , C o n s t a n t T o r q u e L o a d s 2 . 6 - S p e e d t o r q u e c h a r a c t e t i s t i c s o f i n d u c t i o n m o t o r 3 . 1 - G e n e r a t i o n o f P W M w a v e 3 . 2 - · T h r e e p h a s e i n v e t 1 e r m o d e l w i t h f i · c e w h e e l i n g d i o d e s 3 . 3 - T h r e e p h a s e i n v e r t e r m o d e l w i t h o u t f r e e w h e e l i n g d i o d e s 3 . 4 - S i n u s o i d a l w a v e g e n e r a t i o n u s i n g P W M 4 1 - B l o c k d i a g r a m o f P I C 1 8 f 4 4 3 1 4 . 2 - B l o c k d i a g r a m o f P o w e r C o n t r o l P W M m o d u l e 4 . 3 - P W M m o d u l e b l o c k d i a g r a m , o n e o u t p u t p a i r , C o m p l e m e n t a t y 4 . 4 - P W M T i m e b a s e b l o c k d i a g r a m 4 . 5 - G e n e r a t i o n o f P W M w a v e f o r m 4 . 6 - T y p i c a l L o a d f o r C o m p l e m e n t m y P W M o u t p u t s 4 . 7 - D e a d T i m e c o n t r o l u n i t b l o c k d i a g r a m f o r o n e P W M o u t p u t p a i r 4 . 8 - D e a d t i m e i n s e t 1 i o n f o r c o m p l e m e n t a r y P W M 4 . 9 - B l o c k d i a g r a m o f V S D w i t h c u r r e n t f e e d b a c k V I I I P a g e 3 4 6 6 7 8 9 1 0 1 2 1 2 1 6 2 4 2 7 2 8 3 1 3 5 3 6 3 8 3 8 3 9 4 . 1 0 - B l o c k d i a g r a m f o r c l o s e d l o o p A i r b l o w e r s p e e d c o n t r o l 4 . 1 1 - C i r c u i t d i a g r a m o f M i c r o c o n t r o l l e r 5 . J - - S i x - p a c k J G B T m o d u l e w i t h e m i t t e r K e l v i n s . 5 . 2 - r u n c t i o n a l b l o c k d i a g r a m o f t h e I R 2 1 3 0 5 . J - B l o c k d i a g r a m o f t h e C u r r e n t S e n s i n g a m p l i f i e r 5 . 4 - C i r c u i t d i a g r a m o f I G B T d r i v e r a n d I G B T p o w e r m o d u l e 7 . 1 - B l o c k d i a g r a m o f V S D w i t h f e e d b a c k c o n t r o l - I X 4 0 4 5 4 8 5 0 5 2 5 5 6 0 C H A P T E R 1 I n t r o d u c t i o n A v a r i a b l e s p e e d d r i v e r e g u l a t e s t h e s p e e d o f t h e m o t o r , a n d i n t u r n t h e s p e e d o f t h e p u m p o r l~lll, b v c o n t r o l l i n g t h e e n e r g y t h a t g o e s i n t o t h e m o t o r , r a t h e r t h a n r e s t r i c t i n g t h e f l o w o f a p r o c e s s r u n n i n g c o n s t a n t l y a t f u l l s p e e d . ; \ v a r i a b l e s p e e d d r i v e c a n s a v e o v e r 6 0 ( % o f t h e e n e r g y . T h i s i s p o s s i b l e a s i t c o n t r o l s t h e energ~' a t s o u r c e , o n l y u s i n g a s m u c h a s i s n e c e s s a r y t o r u n t h e m o t o r w i t h t h e r e q u i r e d s p e e d a n d t o r q u e m u c h i n t h e s a m e w a y a s t h e a c c e l e r a t o r i n t h e c a r c o n t r o l s t h e e n g i n e . A s a c c e p t a n c e o f t h e t e c h n o l o g y i n c r e a s e s , v a r i a b l e s p e e d d r i v e s a r e g a i n i n g m a r k e t s h a r e a c r o s s a r a n g e o f I n d u s t r i e s . D u r i n g t h e l a s t f e w d e c a d e s , t h e v a r i a b l e s p e e d c o n t r o l l i n g o f J \ C m o t o r s h a v e b e e n p o p u l a r d u e t o t h e a c h i e v e m e n t s o f h i g h e r e f f i c i e n c y , s m o o t h c o n t r o l l i n g , r e l i a b i l i t y a n d t h e e x p a n s t o n o f l i f e t i m e o f t h e e q u i p m e n t s . E s . p e c i a l l y t h e v a r i a b l e s p e e d c o n t r o l l i n g o n i n d u c t i o n m a c h i n e s h a v e b e e n v e r y p o p u l a r s i n c e t h e s i m p l i c i t y a n d t h e l o w c o s t o f t h e m a c h i n e s i t s e l f T h e r e f o r e s e v e r a l c o n t r o l l i n g m e c h a n i s m s h a d b e e n i n t r o d u c e d o n c o n t r o l l i n g t h e i n d u c t i o n m a c h i n e . M a i n l y , t h e s e a r e o p e n l o o p c o n t r o l s y s t e m s . D u r i n g t h i s p r o j e c t w o r k i t i s t r i e d t o c h e c k t h e a v a i l a b i l i t y m e t h o d s a n d t o i n t r o d u c e c l o s e d l o o p c o n t r o l s y s t e m o n t h r e e - p h a s e i n d u c t i o n m o t o r . I n a d d i t i o n t o t h a t a t t h e s t e a d y s t a t e o p e r a t i o n a n o v e l a p p r o a c h i s p r o p o s e d t o e l i m i n a t e t h e t o r q u e r i p p l e i n t h e t o r q u e p r o f i l e . T h e c o n t r o l l e r i s p l a n n e d t o b e i m p l e m e n t e d i n a m i c r o c o n t r o l l c r . R e c e n t l y , e l e c t r o n i c p o w e r a n d c o n t r o l s y s t e m s h a v e m a t u r e d t o a l l o w t h e s e c o m p o n e n t s t o b e u s e d f ( J r m o t o r c o n t r o l 1 1 1 p l a c e o f m e c h a m c a l g e a r s . T h e s e e l e c t r o n i c s n o t o n l y c o n t r o l t h e m o t o r ' s s p e e d , b u t c a n i m p r o v e t h e m o t o r ' s d y n a m i c a n d s t e a d y s t a t e c h a r a c t e r i s t i c s . I n a d d i t i o n , e l e c t r o n i c s c a n r e d u c e t h e s y s t e m ' s a v e r a g e p o w e r c o n s u m p t i o n a n d n o i s e g e n e r a t i o n o f t h e m o t o r . I n d u c t i o n m o t o r c o n t r o l i s c o m p l e x d u e t o i t s n o n l i n e a r c h a r a c t e r i s t i c s . W h i l e t h e r e a r c d i f f e r e n t m e t h o d s f o r c o n t r o l , V a r i a b l e V o l t a g e V a r i a b l e F r e q u e n c y ( V V V F ) o r V I / i s t h e m o s t c o m m o n m e t h o d o f s p e e d c o n t r o l i n o p e n l o o p . T h i s m e t h o d i s m o s t s u i t a b l e f o r a p p l i c a t i o n s w i t h o u t p o s i t i o n c o n t r o l r e q u i r e m e n t s o r t h e n e e d f o r h i g h a c c u r a c y o f s p e e d c o n t r o l . E x a m p l e s o r t h e s e a p p l i c a t i o n s i n c l u d e h e a t i n g , a i r c o n d i t i o m n g , l~ms a n d b l o w e r s . V I / c o n t r o l c a n b e i m p l e m e n t e d b y u s i n g l o v v c o s t m i c r o c o n t r o l l c r s , r a t h e r t h a n u s i n g c o s t l y d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r s ( D S P s ) . I n m a n v h e a t i n g , v e n t i l a t i o n , a n d a i r c o n d i t i o n i n g ( I I V A C ) a p p l i c a t i o n s , a i r h a n d l e r m o t o r s a r e e i t h e r o f T , o r o n a t f u l l s p e e d . l l o w c v e r , b y a d d i n g v a r i a b l e s p e e d c o n t r o l t o t h e a i r h a n d l e r . s i g n i f i c a n t e n e r g y s a v i n g s o v e r t h e s t a n d a r d o n / o i T c o n t r o l c a n b e r e a l i z e d , r e s u l t i n g i n s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d c o s t o f o p e r a t i o n . T h e t a s k o r d e s i g n i n g t h e v a r i a b l e s p e e d a i r h a n d l e r i s g r e a t l y s i m p l i f i e d b y u s i n g t h e M i c r o c h i p m i c r o c o n t r o l l c r . A c h i e v e r n e n t i n b r i e f I n p a r t i c u l a r , v a r i a b l e s p e e d d r i v e s c a n b e u s e d t o r e d u c e e n e r g y c o n s u m p t i o n i n f a n a n d p u m p s y s t e m s . A p u m p o r f a n r u n n i n g a t h a l f s p e e d c o n s u m e s o n l y o n e - e i g h t h o r t h e e n e r g y o r o n e r u n n i n g a t f u l l s p e e d . T h e p o w e r r e q u i r e d t o r u n a p u m p o r a l~m i s p r o p o r t i o n a l t o t h e c u b e o f t h e s p e e d . T h i s m e a n s t h a t i f I 0 0 % f l o w r e q u i r e s f u l l p o w e r , 7 5 1 % r e q u i r e s ( 0 7 5 ) 1 c c 4 2 1 1 o o r f u l l p o w e r , a n d 50 1 ~o n o w r e q u i r e s ( 0 . 5 ) 3 = 1 2 . 5 % o f t h e p o w e r . 2 / \ s a s m a l l r e d u c t i o n o r t h e s p e e d c a n m a k e a b i g d i ! T c r c n c e o n t h e e n e r g y c o n s u m p t i o n , a n d a~ m a n \ r a n ; m d p u m p s y s t e m s r u n a t l e s s t h a n f u l l c a p a c i t y a l o t o r t h e t i m e . a v a n a h l c s p e e d d n v c c a 1 1 1 1 1 a k e h u g e s a v m g s c o m p a r e d t o a m o t o r d r i v i n g a n a p p l i c a t i o n u 1 1 d c r m e c h a n i c a l c o n t r o l A v a n a b l c s p e e d d r i v e c a l l a l s o m a k e i t p o s s i b l e t o s l o p a m o t o r c o m p l e t e l y w h e n i t I S n o t r e q u t r e d a s r e - s t a r t i n g w i t h a v a r i a b l e s p e e d d r i v e c a u s e s I ' m l e s s s t r e s s t h a n s t a r t m g d 1 r e c l o n I m e - s o f t s t a r t i s a n i n h e r e n t f e a t u r e o f t h e d r i v e . R e g u l a t i n g t h e m o t o r s p e e d h a s a d d e d b e n e l i l o f e a s i l y a c c o m m o d a t i n g c a p a c i t y r i s e s w i t h o u t e x t r a l n v c . . · s t l n c n l , a s s p e e d 1 1 1 c r e a s e s o r 5-20(~/(J i s n o p r o b l e m w i t h a n / \ C v a r i a b l e s p e e d d r i v e a s l o l l ) : ! a s t h e r e i s e n o u g h s p a r e c a p a c i t y i n t h e s y s t e m . 1 0 0 r - . . . , , , , , , , I ) , , ~= - - - _ _ _ _ _ _ . . . _ _ _ _ _ _ _ - - - - - --~-- --~-- - · - - - - - - - - - - - --~ / ' / / / / 1 / / / / I / / / / ! / / , / / / / / / / / . / C i < > W / ' " / / / / _ / / / / / / / / / P r t l l l S U J E I ~/ / ' / " , P o w " / / / / / . / / / _ _ _ _ _ _ . / / / . / / - - - - / / -~/ . / - - - - - - - ---"------~- - - - - - - - - - - - . . - 1 0 0 ---~--::::._·: - - - -----=-~~=~----· -~-~-~--~-~--~ % 8 p s e d -~-~-------------- ·-------~------- _ _ . . . , . . _ F i g u r e I . 1 - V a r i a b l e s p e e d d r i v e l ' o r A i r 1 1 o w c o n t r o l l 1 1 1 g H y m a l c h l l l g t h e p e r ! ' o n n a n c e o f t h e m o l o r t o t h e n e e d s o f t h e p r o c e s s , v a n a b l c s p e e d d r i v e s c < l l l L ! - I V C m a j o r s a v i n g s . c o m p a r e d t o t h e w a s t e f u l p r a c t i c e o r r u n n i n g t h e m o t o r a t f u l l s p e e d a g a i n s t ; 1 r e s t n c t 1 o 1 1 t o l l l o d u l a t c o u t p u ! . ] . . . . _ C H A P 1 , E R 2 D e s i g n C o n s i d e r a t i o n o f t h e V a r i a b l e S p e e d C o n t r o l l e r 2 . 1 S p e e d - T o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e - I n d u c t i o n 1 n o t o r T o r q u e I L o c k e d R o t m T o r q u e B r e a k d o w n T o r q u e ! / I T o r q u e C u r r e n t I I I I I I I I I I F u i i 1 L o a d T o r q u R ---·--------------------;----------------------------·--------··-------····-··--·------···r··------------·-------~----------L----- T H A r r : : D I P u l l - u p T o r q u e ~~--------------- N s . . . . . - - - - - S l i p S p e e d ~ F i g u r e 2 . 1 - S p e e d - T o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e I n d u c t i o n m o t o r I I I I I I N s I F < A I I : L ! - - - - - - F i g u r e 2 . 1 s h o w s t h e t y p i c a l s p e e d - t o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f a n i n d u c t i o n m o t o r . T h e X a x i s s h o w s s p e e d a n d s l i p . T h e Y a x i s s h o w s t h e t o r q u e a n d c u n e n t . T h e c h a r a c t e r i s t i c s a r e d r a w n w i t h r a t e d v o l t a g e a n d f r e q u e n c y s u p p l i e d t o t h e s t a t o r . D u r i n g s t a r t - u p , t h e m o t o r t y p i c a l l y d r a w s u p t o s e v e n t i m e s t h e r a t e d c u r r e n t . T h i s h i g h c u r r e n t i s a r e s u l t o f s t a t o r a n d 4 r o t o r f l u x , t h e l o s s e s i n t h e s t a t o r a n d r o t o r w i n d i n g s , a n d l o s s e s i n t h e b e a r i n g s d u e t o f r i c t i o n _ T h i s h i g h s t a r t i n g c u r r e n t o v e r c o m e s t h e s e c o m p o n e n t s a n d p r o d u c e s t h e m o m e n t u m t o r o t a t e t h e r o t o r . A t s t a r t - u p , t h e m o t o r d e l i v e r s 1 . 5 t i m e s t h e r a t e d t o r q u e o f t h e m o t o r . T h i s s t a r t i n g t o r q u e i s a l s o c a l l e d l o c k e d r o t o r t o r q u e ( L R T ) . A s t h e s p e e d i n c r e a s e s , t h e c u r r e n t d r a w n b y t h e m o t o r r e d u c e s s l i g h t l y . T h e c u r r e n t d r o p s s i g n i f i c a n t l y w h e n t h e m o t o r s p e e d a p p r o a c h e s ~80% o f t h e r a t e d s p e e d . A t b a s e s p e e d , t h e m o t o r d r a w s t h e r a t e d c u r r e n t a n d d e l i v e r s t h e r a t e d t o r q u e . A t b a s e s p e e d , i f t h e l o a d o n t h e m o t o r s h a f t i s i n c r e a s e d b e y o n d i t s r a t e d t o r q u e , t h e s p e e d s t a r t s d r o p p i n g a n d s l i p i n c r e a s e s . W h e n t h e m o t o r i s r u n n i n g a t a p p r o x i m a t e l y 8 0 % o f t h e s y n c h r o n o u s s p e e d , t h e l o a d c a n i n c r e a s e u p t o 2 . 5 t i m e s t h e r a t e d t o r q u e . T h i s t o r q u e i s c a l l e d b r e a k d o w n t o r q u e . I f t h e l o a d o n t h e m o t o r i s i n c r e a s e d f u r t h e r , i t w i l l n o t b e a b l e t o t a k e a n y f u r t h e r l o a d a n d t h e m o t o r w i l l s t a l l . I n a d d i t i o n , w h e n t h e l o a d i s i n c r e a s e d b e y o n d t h e r a t e d l o a d , t h e l o a d c u r r e n t i n c r e a s e s f o l l o w i n g t h e c u r r e n t c h a r a c t e r i s t i c p a t h . D u e t o t h i s h i g h e r c u r r e n t l l o w i n t h e w i n d i n g s , i n h e r e n t l o s s e s i n t h e w i n d i n g s i n c r e a s e a s w e l l . T h i s l e a d s t o a h i g h e r t e m p e r a t u r e i n t h e m o t o r w i n d i n g s . M o t o r w i n d i n g s c a n w i t h s t a n d d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s , b a s e d o n t h e c l a s s o f i n s u l a t i o n u s e d i n t h e w i n d i n g s a n d c o o l i n g s y s t e m u s e d i n t h e m o t o r . S o m e m o t o r m a n u f a c t u r e r s p r o v i d e t h e d a t a o n o v e r l o a d c a p a c i t y a n d l o a d o v e r d u t y c y c l e . I f t h e m o t o r i s o v e r l o a d e d f o r l o n g e r t h a n r e c o m m e n d e d , t h e n t h e m o t o r m a y b u r n o u t . A s s e e n i n t h e s p e e d - t o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s , t o r q u e i s h i g h l y n o n l i n e a r a s t h e s p e e d v a r i e s . 1 n m a n y a p p l i c a t i o n s , t h e s p e e d n e e d s t o b e v a r i e d , w h i c h m a k e s t h e t o r q u e v a r y . A s i m p l e m e t h o d o f s p e e d c o n t r o l c a l l e d , V a r i a b l e V o l t a g e V a r i a b l e F r e q u e n c y ( V V V F o r V / f ) . 5 . . . 2 . 2 L o a d c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e I n d u c t i o n m o t o r C o n s t a n t T o r q u e , V a r i a b l e S p e e d L o a d s T o r q u e / / / / / ' / P o w e r S p e e d F i g u r e 2 . 2 - C o n s t a n t T o r q u e , V a r i a b l e S p e e d L o a d s T h e t o r q u e r e q u i r e d b y t h i s t y r c o f l o a d i s c o n s t a n t r e g a r d l e s s o r t h e s p e e d . I n c o n t r a s t , t h e p n w e r 1 s l i n e a r l y p r o p o r t i o n a l t o t h e s p e e d . E q u i p m c n t s s u c h a s s c r e w c o m p r e s s o r s , c o n v e y o r s a n d f e e d e r s h a v e t h 1 s t y p e o f c h a r a c t e r i s t i c . V a r i a b l e T o r q u e , V a r i a b l e S p e e d L o a d s T o r q u e } / ~,/ _:::_~Power -~-·-Speed..,.. h g u r e 2 . 3 - V a r i a b l e T o r q u e , V a r i a b l e S p e e d L o a d s 6 T h i s i s t h e m o s t c o m m o n l y f o u n d i n t h e i n d u s t r y a n d s o m e t i m e s i s k n o w n a s a q u a d r a t i c t o r q u e l o a d . T h e t o r q u e i s p r o p o r t i o n a l t o t h e s q u a r e o f t h e s p e e d , w h i l e t h e p o w e r i s p r o p o r t i o n a l t o t h e c u b e o f t h e s p e e d . T h i s i s t h e t y p i c a l t o r q u e - s p e e d c h a r a c t e r i s t i c o f a f a n o r a p u m p . C o n s b m t P o w e r L o a d s P o w e r . . . . . . . . . _ _ - - - S p e e d . . . . . . _ F i g u r e 2 . 4 - C o n s t a n t P o w e r L o a d s T h i s t y p e o f l o a d i s r a r e a n d s o m e t i m e s f o u n d i n t h e i n d u s t r y . T h e p o w e r r e m a i n s c o n s t a n t w h i l c t h e t o r q u e v a r i e s . T h e t o r q u e i s i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e s p e e d , w h i c h t h e o r e t i c a l l y m e a n s i n f i n i t e t o r q u e a t z e r o s p e e d a n d z e r o t o r q u e a t i n J i n i t c s p e e d . I n p r a c t i c e , t h e r e i s a l w a y s a f i n i t e v a l u e t o t h e b r e a k a w a y t o r q u e , r e q u i r e d . T h i s t y p e o r l o a d i s c h a r a c t e r i s t i c o r t h e t r a c t i o n d r i v e s , w h i c h r e q u i r e h i g h t o r q u e a t l o w s p e e d s r o r t h e i n i t i a l a c c e l e r a t i o n a n d t h e n a m u c h r e d u c e d t o r q u e w h e n a t r u n n i n g s p e e d . 7 L C o n s t a n t l ' o w e r , C o n s t a n t T o r q u e L o a d s T o r q u e ~r /,//~ Spe~d-,..._ F i g u r e 2 . 5 - C o n s t a n t P o w e r , C o n s t a n t T o r q u e L o a d s C o n s t a n t p o w e r , C o n s t a n t t o r q u e l o a d , a s s p e e d i n c r e a s e s , t h e t o r q u e i s c o n s t a n t w h i l e t h e p o w e r l i n e a r l y i n c r e a s i n g . W h e n t h e t o r q u e s t a r t s t o d e c r e a s e , t h e p o w e r t h e n r e m a i n s c o n s t a n t . 2 . 3 V I f C o n t r o l T h e o r y A s t h e s p e e d - t o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s , t h e i n d u c t i o n m o t o r d r a w s t h e r a t e d c u r r e n t a n d d e l i v e r s t h e r a t c u t o r q u e a t t h e b a s e s p e e d . W h e n t h e l o a d i s i n c r e a s e d ( o v e r - r a t e d l o a d ) , w h i l e r u n n i n g a t b a s e s p e e d , t h e s p e e d d r o p s a n d t h e s l i p i n c r e a s e s . A s w e h a v e s e e n i n t h e e a r l i e r s e c t i o n , t h e m o t o r c a n t a k e u p t o 2 . 5 t i m e s t h e r a t e d t o r q u e w i t h a r o u n d 2 0 % d r o p i n t h e s p e e d . A n y f u r t h e r i n c r e a s e o f l o a d o n t h e s h a l l c a n s t a l l t h e m o t o r . T h e t o r q u e d e v e l o p e d b y t h e m o t o r i s d i r e c t p r o p o r t i o n a l t o t h e m a g n e t i c f i e l d p r o d u c e d b y t h e s t a t o r . S o , t h e v o l t a g e a p p l i c d t o t h e s t a t o r i s d i r e c t p r o p o r t i o n a l t o t h e p r o d u c t o f s t a t o r n u x a n d a n g u l a r v e l o c i t y . T h i s m a k e s t h e t l u x p r o d u c e d b y t h e s t a t o r p r o p o r t i o n a l t o t h e r a t i o o r a p p l i e d v o l t a g e a n d t ! · e q u c n c y o f s u p p l y . B y v a r y i n g t h e h e q u e n c y , t h e s p e e d o f t h e m o t o r c a n b e v a r i e d . T h e r e f o r e , b y v a r y i n g t h e v o l t a g e a n d f r e q u e n c y b y t h e s a m e r a t i o , f l u x a n d h e n c e , t h e t o r q u e c a n b e k e p t c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e s p e e d r a n g e . 8 l I I . . . S t a t o r V o l t a g e ( V ) u ( S t a t o r J i ' J u x ( < D ) I x ( A n g u l a r V e l o c i t y ( w ) ) V o d l x 2 r r f • D u V z f ' T h i s m a k e s c o n s t a n t V / { t h e m o s t , c o m m o n s p e e d c o n t r o l o f a n i n d u c t i o n m o t o r . F i g u r e 2 . 6 s h o w s t h e r e l a t i o n b e t w e e n t h e v o l t a g e a n d t o r q u e v e r s u s f r e q u e n c y . F i g u r e 2 . 6 d e m o n s t r a t e s v o l t a g e a n d f r e q u e n c y b e i n g i n c r e a s e d u p t o t h e b a s e s p e e d . A t b a s e s p e e d , t h e v o l t a g e a n d f r e q u e n c y r e a c h t h e r a t e d v a l u e s a s l i s t e d i n t h e n a m e p l a t e . W e c a n d r i v e t h e m o t o r b e y o n d b a s e s p e e d b y i n c r e a s i n g t h e f r e q u e n c y f u r t h e r . H o w e v e r , t h e v o l t a g e a p p l i e d c a n n o t b e i n c r e a s e d b e y o n d t h e r a t e d v o l t a g e . T h e r e f o r e , o n l y t h e f r e q u e n c y c a n b e i n c r e a s e d , w h i c h r e s u l t s i n t h e f i e l d w e a k e n i n g a n d t h e t o r q u e a v a i l a b l e b e i n g r e d u c e d . A b o v e b a s e s p e e d , t h e f a c t o r s g o v e r n i n g t o r q u e b e c o m e c o m p l e x , s i n c e f r i c t i o n a n d w i n d a g e l o s s e s i n c r e a s e s i g n i f i c a n t l y a t h i g h e r s p e e d s . H e n c e , t h e t o r q u e c u r v e b e c o m e s n o n l i n e a r w i t h r e s p e c t t o s p e e d o r f r e q u e n c y . t V R A T E D · - V o l t a g e T M A X t T o r q u e V M I N 0 C o n s t a n t T o r q u e R e g i o n C o n s t a n t P o w e r R e g i o n · - - - - - - - - - - - - - - - - _ _ __1_--~-----~--~----~--~----·- - - - - - - ' - - - --~-------~----- -----~~ M i n S p e e d B a s e S p e e d F i g u r e 2 . 6 ~Speed t o r q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f i n d u c t i o n m o t o r 9 S p e e d C H A P T E R 3 T h e o r e t i c a l D e v e l o p t n e n t s 3 . 1 P r i n c i p a l o f S i n u s o i d a l P W M c o n t r o l I n s i n u s o i d a l P W M , t h e f i r i n g i n s t a n t s r e q u i r e d t o s y n t h e s i z e c o r r e c t l y t h e p u l s e w i d t h m o d u l a t e o w a v e a r c d e t e n n i n e d b y c o m p a r i n g a t r i a n g u l a r c a r r i e r w a v e a n d t h e r e f e r e n c e m o d u l a t i o n s i n e w a v e . T h e c r o s s o v e r p o i n t s o f t h e t w o w a v e s d e t e r m i n e t h e f i r i n g i n s t a n t s , a s s h o w n i n t h e l i g u r c 3 . 1 P h a s e / \ P l w 3 e n P h a s e l - " F 1 g u r e 3 . 1 ~ G e n e r a t i o n o f P W M w a v e 1 0 L T h e p u l s e h e i g h t o f t h e p u l s e w i d t h m o d u l a t e d o u t p u t s i g n a l i s d e t e r m i n e d b y t h e d i r e c t v o l t a g e o n t h e s u p p l y s i d e o f t h e i n v e r t e r . A l s o t h e p u l s e p a t t e r n i s d e p e n d e n t o n t h e r a t i o o f t h e p e a k m o d u l a t i n g v o l t a g e V m , t o t h e p e a k c a r r i e r v o l t a g e V c . T h i s r a t i o i s c a l l e d m o d u l a t i o n i n d e x o r m o d u l a t i o n r a t i o , M M = V m I V c = M o d u l a t i o n r a t i o M i s i n i t s u s u a l r a n g e 0 < = M < = I A n o t h e r p r o p e r t y o f P W M w a v e f o r m i s t h e r a t i o b e t w e e n t h e f r e q u e n c i e s o f t h e c a r r i e r a n d m o d u l a t i n g w a v e f o r m s . P = F r e q u e n c y o f C a r r i e r w a v e F r e q u e n c y o f M o d u l a t i n g W a v e C a r r i e r r a t i o A c c o r d i n g t o t h e s e f r e q u e n c i e s t h e r e a r e r e t w o m e t h o d s o f s i n u s o i d a l P W M . I . S y n c h r o n o u s o p e r a t i o n I f t h e f r e q u e n c y o f t h e t r i a n g u l a r c a r r i e r w a v e i s a n i n t e g e r m u l t i p l e o f t h e f r e q u e n c y o f t h e m o d u l a t i n g s i n e w a v e , t h e n t h e m o d u l a t i o n i s s y n c h r o n o u s . 2 . A s y n c h r o n o u s o p e r a t i o n I f t h e c a r r i e r f r e q u e n c y i s n o t a m u l t i p l e o f t h e m o d u l a t i n g w a v e f o r m f r e q u e n c y , t h e n t h e m o d u l a t i o n i s a s y n c h r o n o u s . N u m b e r s o f s w i t c h i n g p u l s e s i n e a c h h a l f c y c l e d e p e n d o n t h e c a r r i e r r a t i o . F i g u r e 3 . 1 s h o w s h o w a n i n c r e a s e i n c a r r i e r r a t i o c h a n g e s t h e n u m b e r o f p u l s e s w i t h i n e a c h h a l f c y c l e . I I L 3 . 2 I n v e r t c r M o d e l T h e a t t e n t i o n 1 s d r a w n t o 3 - p h a s e i n v e r t e r s i n c e i t i s t h e c o m m o n l y u s e d i n v e r t e r i n t h e l l l d u s t r v . T h e J - p h a s e i n v e r t e r w i t h i t s f r e e w h e e l i n g d i o d e s c a n b e r e p r e s e n t e d a s s h o w n i n l " 1 g u r e . l 2 . D 1 T 1 ~D 1 Z a . . ' _ _ liL_~J- T l~t , , _ _ _ _ _ ! Q _ . - { = = : 1 z g ) N l c r - - - - - - 1 - ,...,_k~~l- - - Z c 1 6 T~- V d c F i g u r e 3 . 2 · T h r e e p h a s e i n v e r t e r m o d e l w i t h f r e e w h e e l i n g d i o d e s T 1 t o T ( , a r c t h e s w i t c h i n g d e v i c e s a n d 0 1 t o D ( , a r c t h e f r e e w h e e l i n g d i o d e s ( u s e d i n o r d e r ! " o r 1 1 1 d u c t i v c c u r r e n t t o ! l o w a f t e r p a r t i c u l a r s w i t c h i s t u r n e d o f T ) a n d Z a . l " a n d Z l . r e p r e s e n t s t h e s t a r c o n n e c t e d l o a d . T h e r e l e v a n t p h a s e s a r c n o t e d a s A 1 3 , a n d C a n d t h e n e u t r a l p o i n t a s N . T h e c u r r e n t f l o w i s a l w a y s t a k e n t o w a r d s t h e l o a d a n d h e n c e I a , l b a m l l c t a k e t h e d i r e c t i o n a s s h o w n . h J r t h e a n a l y s i s f r e e w h e e l i n g d i o d e s a r c n e g l e c t e d a n d t h e t r a n s i s t o r s w i t c h e s a r c c o n s i d e r e d a s i d e a l s w i t c h e s . l i e n e e t h e s i m p l e m o d e l w h i c h w e u s e i s s h o w n below~ I d e + Z a V d c '~'{ . T I ' \ Z c 6 T 2 I F i g u r e 3 . 3 T h r e e p h a s e i n v e r t e r m o d e l w i t h o u t f r e e w h e e l i n g d i o d e s 1 2 l T h e m i d p o i n t o f t h e v o l t a g e a s " 0 " a n d h e n c e t h e d e v o l t a g e i s d i v i d e d i n t o t w o p o r t i o n s o f V d c I 2 . T h e p h a s e v o l t a g e s a r e c o n s i d e r e d a s V a n , V b n a n d Y e n . 3 . 3 O u t p u t V o l t a g e s T h e o u t p u t v o l t a g e s a r e o f t h r e e t y p e s ; n a m e l y I . P o l e v o l t a g e s : V a o , V b o , V c o 2 . P h a s e V o l t a g e s : V a n , V b n , Y e a T h e s e v o l t a g e s c a n b e o b t a i n e d b y a n a l y z i n g t h e i n v e r t e r m o d e l . B y a p p l y i n g K i r c h o f ' s v o l t a g e l a w ; V a n - c o - V a o + V o n V b a = V b o 1 V o n Y e n = Y e o + V o n ( I ) ( 2 ) ( 3 ) ( I ) + ( 2 ) + ( 3 ) ; V a n 1 V b a 1 Y e n = V a o + V b o + Y e o + 3 V o n = 0 ( b e c a u s e t h e o u t p u t i s c o n s i d e r e d a s b a l a n c e ) h e n c e V o n = - ( 1 / 3 ) ( V a o + V b o + Y e o ) ( 4 ) 1 3 B y u s i n g t h e 4 1 1 1 e q u a t i o n i n ( l ) , ( 2 ) a n d ( 3 ) ; V a n = - 2 / 3 V a n - 1 / 3 V b o - 1 / 3 Y e o ( 5 ) V b a = - 1 / 3 V a o + 2 / 3 V b o - 1 / 3 Y e o ( 6 ) V a n = - 1 / 3 V a o - 1 / 3 V b o + 2 / 3 Y e o ( 7 ) T h i s c a n b e r e p r e s e n t e d i n m a t r i x n o t a t i o n a s ; V a n 2 - I - 1 V a o V b n 1 / 3 - 1 2 - 1 V b o ( 8 ) Y e n - I - I 2 Y e o T h e p o l e v o l t a g e s V a o , V b o a n d Y e o s o l e l y d e p e n d o n t h e s w i t c h i n g s t a t e a n d i t c a n b e w r i t t e n a s ; V a o = V b o c-~ { V d c / 2 w h e n T 1 i s O N - V d c / 2 w h e n T 4 i s O N ~ Y d c / 2 w h e n T , i s O N l - V d c / 2 w h e n T ( , 1 s O N ( 9 ) ( 1 0 ) 1 4 . . V c o = { V d c / 2 w h e n T s i s O N ~ V d c / 2 w h e n T 2 i s O N ( I I ) r h e l i n e v o l t a g e a s u s u a l l y c a n b e d e r i v e d u s i n g p h a s e v o l t a g e s a n d h e n c e c a n b e r e p r e s e n t e d m a t h e m a t i c a l l y a s ; V a n = V a n - V b n Y b c = Y b n - Y e n Y e a = Y e n - V a n 1 5 . . . . . 3 . 4 M i c r o C o n t r o l l e r u n i t ( M C U ) I m p l e m e n t a t i o n I n t h e M C U i m p l e m e n t a t i o n , t h e s o f t w a r e i s r e s p o n s i b l e f o r c o n t i n u o u s l y u p d a t i n g t h e P W M d u t y c y c l e s . T h e P W M d u t y c y c l e c a l c u l a t i o n s a r e b a s e d o n a p o i n t i n t h e s i n e w a v e . A t f u l l m o d u l a t i o n ( M a x i m u m v o l t a g e ) , l O U p e r c e n t d u t y c y c l e c o r r e s p o n d s t o t h e p o s i t i v e p e a k o f t h e s i n e w a v e , a n d 0 p e r c e n t d u t y c y c l e i s e q u i v a l e n t t o t h e n e g a t i v e p e a k . T h e z e r o c r o s s o v e r p o i n t i s r e p r e s e n t e d b y 5 0 p e r c e n t d u t y c y c l e , a s c a n b e o b s e r v e d i n f i g u r e 3 . 4 R e s u l t i n g P W M ~ i K 1 ' I ! t ~ ' " 7 ' C J % ·~ r - 1 1 I I I I I I i r - 1 ~- . , . . , . _ I • ' • I 4 0 ' l l o 3 0 % r o r . 1()')1.~·· l l ' 1 t I 1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I f " 1 r ! . , . . . . , I I I 1 · . . , I T i m e I n t e r v a l , A T F i g u r e 3 . 4 - S i n u s o i d a l w a v e g e n e r a t i o n u s i n g P W M A H I G H = m . s i n ( < J ) ) . 5 0 l ! o + 5 0 ° ; ( 1 1 3 H I G H = m . s i n ( < I > - n : / 3 ) . 5 0 % + 5 0 % C H \ C J H = m . s i n ( < l l + n : / 3 ) . 5 0 % + 5 0 l Y o W h e r e m i s t h e m o d u l a t i o n i n d e x ( 0 t o l , 0 = z e r o v o l t a g e , I = f u l l v o l t a g e ) S i n c e t w o P W M s i g n a l s a r e r e q u i r e d f o r e a c h p h a s e , t h e o u t p u t d u t y c y c l e a t t h e p h a s e w i n d i n g c o r r e s p o n d s w i t h t h e d u t y c y c l e o f t h e t o p d e v i c e . A s a n e x a m p l e . i f t h e d e s i r e d 1 6 o u t p u t a t t h e p h a s e w i n d i n g i s 7 5 p e r c e n t d u t y c y c l e , t h e t o p P W M w o u l d b e 7 5 p e r c e n t d u t y c y c l e a n d t h e b o t t o m P W M w o u l d b e a t 2 5 p e r c e n t i n a c t u a l p r a c t i c e , t h e P W M a t t h e p h a s e w i n d i n g w i l l b e s l i g h t l y d i f f e r e n t b e c a u s e o f t h e n e c e s s i t y f o r d e a d t i m e . 3 . 5 C h a n g i n g o u t p u t f r e q u e n c y T h e P W M d u t y c y c l e s a r c n o n n a l l y u p d a t e d a t a p e r i o d i c r a t e , a n d t h e f r e q u e n c y o f t h e s i n e w a v e d e t e r m i n e d b y t h i s u p d a t e r a t e (~T) a n d t h e n u m b e r o f s a m p l e s p o i n t s i n a c y c l e . T h e r e l a t i o n s h i p i s g i v e n b y O u t p u t f r e q u e n c y = 1 / ( u p d a t e r a t e X n u m b e r o f s a m p l e s ) T o v a r y t h e f r e q u e n c y , e i t h e r t h e n u m b e r o f s a m p l e p o i n t s m u s t b e c h a n g e d o r t h e t i m e b e t w e e n u p d a t e s m u s t b e c h a n g e d . W h e n t h e n u m b e r o f s a m p l e s i s c h a n g e d , t h e u p d a t e r a t e i s k e p t c o n s t a n t . T h e s a m p l e p o i n t s t y p i c a l l y c o m e f r o m a t a b l e , t h e n u m b e r o f s a m p l e p o i n t s a r c e a s i l y c h a n g e d b y v a r y i n g t h e i n c r e m e n t v a l u e t h r o u g h t h e t a b l e a s g i v e n b y e q u a t i o n ( 3 . 1 ) T h e r e s u l t i n g f r e q u e n c y c a n b e c a l c u l a t e d a s s h o w n i n E q u a t i o n ( 3 . 2 ) N u m b e r o f s a m p l e s = = T a b l e s i z e I n c r e m e n t v a l u e ( 3 . 1 ) O u t p u t f r e q u e n c y = I n c r e m e n t v a l u e ( 3 . 2 ) U p d a t e r a t e X t a b l e s i z e W h e n t h e u p d a t e r a t e i s c h a n g e d , n u m b e r o f s a m p l e s i s k e p t c o n s t a n t . T h e u p d a t e r a t e i s c a l c u l a t e d b y s o f t w a r e , a c c o r d i n g t o t h e s p e e d s e t v a l u e o f c o n t r o l l e r . 1 7 -C H A P T E R 4 M i c r o C o n t r o l l e r U n i t f o r m o t o r c o n t r o l s 4 . 1 M C l J T y p e s f o r M o t o r C o n t r o l s S m g l e c h i p m i c r o c o n t r o l l c r d e v i c e s a r e i d e a l f o r m o t o r c o n t r o l a p p l i c a t i o n s . T h e a d v a n t a g e o f a M C U f o r m o t o r c o n t r o l d e s i g n i s t h a t t h e M C U ' s p r o g r a m c a n b e c h a n g e d r e v i s e d b y c h a n g i n g a f e w l i n e s o f t e x t i n t h e s o u r c e c o d e . T h i s s o u r c e c o d e i s t h e n c o n v e r t e d i n t o m a c h i n e c o d e b y s o f t w a r e c o m p i l e r o r a s s e m b l e r a n d i s p r o g r a m m e d i n t o M C U . T h e m i c r o c o n t r o l l e r i s a s i n g l e - c h i p c o m p u t e r . I t o p e r a t e s a s s t o r e d p r o g r a m m a c h i n e ; t h a t i s , i t m u s t r e a d i t s p r o g r a m c o d e a n d d a t a v a l u e s f r o m i t s m e m o r y i n o r d e r t o o p e r a t e . T w o c o m m o n m e t h o d s a r c u s e d t o a c c o m p l i s h t h i s . O n e i s c a l l e d V o n N e u m a n n a r c h i t e c t u r e a n d h a s b e e n e m p l o y e d i n m a n y M C U ' s . T h i s m e t h o d u s e s o n e d a t a b u s a n d m e m o r y s p a c e f o r b o t h p r o g r a m c o d e a n d d a t a v a l u e s , s a v i n g c o s t b u t s l o w i n g d o w n t h e c o d e e x e c u t i o n . T h e o t h e r a p p r o a c h , c a l l e d H a r v a r d a r c h i t e c t u r e , s e p a r a t e s t h e p r o g r a m c o d e a n d d a t a v a l u e s i n t o t w o m e m o r y s t r u c t u r e s , a l l o w i n g p a r a l l e l l o a d i n g o r b o t h a t t h e s a m e t i m e . T h i s t e c h n i q u e s p e e d s u p e x e c u t i o n t i m e b u t r e q u i r e s m o r e d a t a p i n s . T h e r e a r c s o m e m o d i f i e d M C U v e r s i o n s o f t h e H a r v a r d a r c h i t e c t u r e t h a t u s c o n l y o n e e x t e r n a l m e m o r y b u s b u t u s c b o t h p r o g r a m a n d d a t a b u s e s i n t e r n a l l y . 1 8 T h e M C U c a n m e a s u r e t h e m o t o r ' s c u r r e n t , v o l t a g e , s p e e d , t e m p e r a t u r e , a n d e v e n m a g n e t i c f l u x a n d c a n t h e n c o m p u t e t h e b e s t o p e r a t i n g s t r a t e g y f o r t h e m o t o r . T h e M C U c a n a l l o w t h e m o t o r ' s s p e e d o r t o r q u e t o b e m a n a g e d w i t h h i g h p r e c i s i o n a n d c a n p r o t e c t a g a i n s t o r a t l e s t d e t e c t m o t o r f a u l t c o n d i t i o n s . 4 . 2 P I C 1 8 F 4 4 3 1 M i c r o c o n t r o l l e r P I C 1 8 F 4 4 3 I m i c r o c o n t r o l l e r s o f f e r s h i g h c o m p u t a t i o n a l p e r f o r m a n c e a t a n e c o n o m i c a l p r i c e , w i t h t h e a d d i t i o n o f h i g h e n d u r a n c e e n h a n c e d F l a s h p r o g r a m m e m o r y a n d a h i g h s p e e d 1 0 - b i t A I D c o n v e r t e r . O n t o p o f t h e s e f e a t u r e s , t h e P I C 1 8 F 4 4 3 1 i n t r o d u c e s d e s i g n e n h a n c e m e n t s t h a t m a k e t h e s e m i c r o c o n t r o U e r s a l o g i c a l c h o i c e f o r m a n y h i g h p e r f o r m a n c e , p o w e r c o n t r o l a n d m o t o r c o n t r o l a p p l i c a t i o n s . T h e s e s p e c i a l p e r i p h e r a l s i n c l u d e : • 1 4 - b i t r e s o l u t i o n P o w e r C o n t r o l P W M M o d u l e ( P C P W M ) w i t h p r o g r a m m a b l e d e a d t i m e i n s e r t i o n • M o t i o n F e e d b a c k M o d u l e ( M F M ) , i n c l u d i n g a 3 - c h a n n e l I n p u t C a p t u r e ( I C ) M o d u l e a n d Q u a d r a t u r e E n c o d e r I n t e r f a c e ( Q E I ) • H i g h - s p e e d I O - b i t A / D C o n v e r t e r ( H S A D C ) T h e P C P W M c a n g e n e r a t e u p t o e i g h t c o m p l e m e n t a r y P W M o u t p u t s w i t h d e a d - b a n d t i m e i n s e r t i o n . O v e r d r i v e c u r r e n t i s d e t e c t e d b y o f f - c h i p a n a l o g c o m p a r a t o r s o r t h e d i g i t a l f a u l t i n p u t s . T h e M F M Q u a d r a t u r e E n c o d e r I n t e r f a c e p r o v i d e s p r e c i s e r o t o r p o s i t i o n f e e d b a c k a n d / o r v e l o c i t y m e a s u r e m e n t . 1 9 ' } ' I ) : - , ! , ) l " P I C 1 8 F 4 4 3 1 d e v i c e s a l s o f e a t u r e F l a s h p r o g r a m m e m o r y a n d a n i n t e r n a l R C o s c i l l a t o r w i t h b u i l t - i n L o w p o w e r m o d e s . 4 . 2 . 1 F e a t u r e s o f t 8 : F 4 4 3 l M i c r o c o n t r o l l c r 1 . N a n o W a t t t e c h n o l o g y T h e P I C 1 8 F 4 4 3 l m i c r o c o n t r o l l c r i n c o r p o r a t e s a r a n g e o f f e a t u r e s t h a t c a n s i ! : , 1 1 1 i f i c a n t l y r e d u c e p o w e r c o n s u m p t i o n d u r i n g o p e r a t i o n . K e y i t e m s i n c l u d e : • A l t e r n a t e R u n M o d e s : B y c l o c k i n g t h e c o n t r o l l e r f r o m t h e T i m e r l s o u r c e o r t h e i n t e r n a l o s c i l l a t o r b l o c k , p o w e r c o n s u m p t i o n d u r i n g c o d e e x e c u t i o n c a n b e r e d u c e d b y a s m u c h a s 9 0 % . M u l t i p l e I d l e M o d e s : T h e c o n t r o l l e r c a n a l s o r u n w i t h i t s C P U c o r e d i s a b l e d , b u t t h e p e r i p h e r a l s a r e s t i l l a c t i v e . I n t h e s e s t a t e s , p o w e r c o n s u m p t i o n c a n b e r e d u c e d e v e n f u r t h e r , t o a s l i t t l e a s 4 % o r n o r m a l o p e r a t i o n r e q u i r e m e n t s . O n - t h e - f l y M o d e S w i t c h i n g : T h e p o w e r - m a n a g e d m o d e s a r c i n v o k e d b y u s e r c o d e d u r i n g o p e r a t i o n , a l l o w i n g t h e u s e r t o i n c o r p o r a t e p o w e r s a v i n g i d e a s i n t o t h e i r a p p l i c a t i o n ' s s o f t w a r e d e s i g n . 2 0 . , . L o w e r C o n s u m p t i o n i n K e y M o d u l e s : T h e p o w e r r e q u i r e m e n t s f o r b o t h T i m e r l a n d t h e W a t c h d o g T i m e r h a v e b e e n r e d u c e d b y u p t o S O < Y o , w i t h t y p i c a l v a l u e s o f 1 . 1 a n d 2 . 1 ~JA, r e s p e c t i v e l y . 2 . M u l t i p l e O s c i l l a t o r o p t i o n s T h e P I C 1 8 F 4 4 3 1 m i e r o c o n t r o l l e r o t T e r s n i n e d i f f e r e n t o s c i l l a t o r o p t i o n s , a l l o w i n g u s e r s a w t d e r a n g e o f c h o i c e s i n d e v e l o p i n g a p p l i c a t i o n h a r d w a r e . T h e s e i n c l u d e : • F o u r c r y s t a l m o d e s , u s i n g c r y s t a l s o r c e r a m i c r e s o n a t o r s . • T w o e x t e r n a l c l o c k m o d e s , o f f e r i n g t h e o p t i o n o f u s i n g t w o p i n s ( o s c i l l a t o r i n p u t a n d a d i v i d e - b y - 4 c l o c k o u t p u t ) o r o n e p i n ( o s c i l l a t o r i n p u t , w i t h t h e s e c o n d p i n r e a s s i t , r n e d a s g e n e r a l 1 / 0 ) . • T w o e x t e r n a l R C o s c i l l a t o r m o d e s , w i t h t h e s a m e p i n o p t i o n s a s t h e e x t e r n a l c l o c k m o d e s . • A n i n t e r n a l o s c i l l a t o r b l o c k , w h i c h p r o v i d e s a n 8 M H z c l o c k a n d a n I N T R C s o u r c e ( a p p r o x i m a t e l y 3 1 k H z , s t a b l e o v e r t e m p e r a t u r e a n d V D D ) , a s w e l l a s a r a n g e o f 6 u s e r s e l e c t a b l e c l o c k f r e q u e n c i e s ( f r o m 1 2 5 k H z t o 4 M H z ) f o r a t o t a l o f 8 c l o c k f r e q u e n c i e s . B e s i d e s i t s a v a i l a b i l i t y a s a c l o c k s o u r c e , t h e i n t e r n a l o s c i l l a t o r b l o c k p r o v i d e s a s t a b l e r e f e r e n c e s o u r c e t h a t g i v e s t h e f a m i l y a d d i t i o n a l f e a t u r e s f o r r o b u s t o p e r a t i o n : • ) < ' a i l - S a f e C l o c k M o n i t o r T h i s o p t i o n c o n s t a n t l y m o n i t o r s t h e m a i n c l o c k s o u r c e a g a i n s t a r e f e r e n c e s i g n a l p r o v i d e d b y t h e i n t e r n a l o s c i l l a t o r . I f a c l o c k f a i l u r e o c c u r s , t h e c o n t r o l l e r i s s w i t c h e d t o t h e i n t e r n a l o s c i l l a t o r b l o c k , a l l o w i n g f o r c o n t i n u e d l o w s p e e d o p e r a t i o n o r a s a f e a p p l i c a t i o n s h u t d o w n . 2 1 • T w o - S p e e d S t a r t - u p T h i s o p t i o n a l l o w s t h e i n t e r n a l o s c i l l a t o r t o s e r v e a s t h e c l o c k s o u r c e f r o m P o w e r - o n R e s e t o r w a k e - u p f r o m S l e e p m o d e , u n t i l t h e p r i m a r y c l o c k s o u r c e i s a v a i l a b l e . T h i s a l l o w s f o r c o d e e x e c u t i o n d u r i n g w h a t w o u l d o t h e r w i s e b e t h e c l o c k s t a r t - u p i n t e r v a l , a n d c a n e v e n a l l o w a n a p p l i c a t i o n t o p e r f o n n r o u t i n e B a c k g r o u n d a c t i v i t i e s a n d r e t u r n t o S l e e p w i t h o u t r c t u r n m g t o f u l l p o w e r o p e r a t i o n . 3 . O t h e r S p e c i a l F e a t u r e s • M e m o r y E n d u r a n c e : T h e e n h a n c e d F l a s h c e l l s f o r b o t h p r o g r a m m e m o r y a n d d a t a E E P R O M a r c r a t e d t o l a s t l ' l ) r m a n y t h o u s a n d s o f e r a s e / w r i t e c y c l e s - u p t o l 0 0 , 0 0 0 f o r p r o g r a m m e m o r y a n d I , 0 0 0 , 0 0 0 f o r E E P R O M . D a t a r e t e n t i o n w i t h o u t r e f r e s h i s c o n s e r v a t i v e l y e s t i m a t e d t o b e g r e a t e r t h a n l 0 0 y e a r s . • S e l f - p r o g r a m m a b i l i t y : T h e s e d e v i c e s c a n w r i t e t o t h e i r o w n p r o g r a m m e m o r y s p a c e s u n d e r i n t e r n a l s o f t w a r e c o n t r o l . B y u s i n g a b o o t l o a d e r r o u t i n e l o c a t e d i n t h e p r o t e c t e d B o o t B l o c k a t t h e t o p o f p r o g r a m m e m o r y , i t b e c o m e s p o s s i b l e t o c r e a t e a n a p p l i c a t i o n t h a t c a n u p d a t e i t s e l f i n t h e f i e l d . • P o w e r C o n t r o l P W M M o d u l e : I n P W M m o d e t h i s m o d u l e p r o v i d e s l , 2 o r 4 m o d u l a t e d o u t p u t s f ( ) r c o n t r o l l i n g h a l f - b r i d g e a n d f u l l - b r i d g e d r i v e r s . O t h e r f e a t u r e s i n c l u d e A u t o - S h u t d o w n o n f a u l t d e t e c t i o n a n d A u t o - R e s t a r t t o r e a c t i v a t e o u t p u t s o n c e t h e c o n d i t i o n h a s c l e a r e d . 2 2 • E n h a n c e d ( J S A R T : T h i s s e r i a l c o m m u n i c a t i o n m o d u l e i s c a p a b l e o f s t a n d a r d R S - 2 3 2 o p e r a t i o n u s i n g t h e i n t e r n a l o s c i l l a t o r b l o c k , r e m o v i n g t h e n e e d f o r a n e x t e r n a l c r y s t a l ( a n d i t s a c c o m p a n y i n g p o w e r r e q u i r e m e n t ) i n a p p l i c a t i o n s t h a t t a l k t o t h e o u t s i d e w o r l d . • H i g h - s p e e d 1 O - b i t A I D C o n v e r t e r : T h i s m o d u l e i n c o r p o r a t e s P r o g r a m m a b l e A c q u i s i t i o n T i m e , a l l o w i n g f o r a c h a n n e l t o b e s e l e c t e d a n d a c o n v e r s i o n t o b e i n i t i a t e d w i t h o u t w a i t i n g f o r a s a m p l i n g p e r i o d a n d t h u s , r e d u c i n g c o d e o v e r h e a d . • M o t i o n F e e d b a c k M o d u l e ( M F M ) : T h i s m o d u l e f e a t u r e s a Q u a d r a t u r e E n c o d e r I n t e r f a c e ( Q E I ) a n d a n I n p u t C a p t u r e ( I C ) m o d u l e . T h e Q E I a c c e p t s t w o p h a s e i n p u t s ( Q E A , Q E B ) a n d o n e i n d e x i n p u t ( I N D X ) f i - o m a n i n c r e m e n t a l e n c o d e r . T h e Q E I s u p p o r t s h i g h a n d l o w p r e c i s i o n p o s i t t o n t r a c k i n g , d i r e c t i o n s t a t u s a n d c h a n g e o f d i r e c t i o n i n t e r r u p t , a n d v e l o c i t y m e a s u r e m e n t T h e i n p u t c a p t u r e f e a t u r e s 3 c h a n n e l s o f i n d e p e n d e n t i n p u t c a p t u r e w i t h T i m e r 5 a s t h e t i m e b a s e , a s p e c i a l e v e n t t r i g g e r t o o t h e r m o d u l e s , a n d a n a d j u s t a b l e n o i s e f i l t e r o n e a c h I C i n p u t • E x t e n d e d W a t c h d o g T i m e r ( W D T ) : T h i s e n h a n c e d v e r s i o n i n c o r p o r a t e s a 1 6 - b i t p r e s c a l e r , a l l o w i n g a t i m e - o u t r a n g e f r o m 4 m s t o o v e r 2 m i n u t e s , t h a t i s s t a b l e a c r o s s o p e r a t i n g v o l t a g e a n d t e m p e r a t u r e . 2 3 I J ; , I R L c l r : I J H i [;>--~--- · · . " ( l S C 2 / C L K O f G " J - · - , . l J S C 1 / C . ' L I < I L J ( : ' 9 - - - • ( \ • r l O S I t > s } • - · - r l o s o M C L R / V r r t x ; J l f \ 1 1 1 , l f s s ~-<]- l i e - ~ 1 / . . . T a b l E ) f " o i n l e r < : 2 _ 1 > ] . r = _ _ _ i L _ _ [ lf1[1L~rlC_i:i_l Jl~-- A 8 J . l - 8 _ _ [ ) a l a Bu~_. --------[~=--- D n t a L a l c i l D a l a R I \ M ( 7 0 8 b y t e s ) P O R T / \ I J t . . P O R T B ] - - - - = · · - - - ' i T R A 0 / 1 \ N O R l \ 1 1 1 \ N 1 R I \ 2 / I \ N 2 / V H E H C I \ P 1 / I N D X R / \ : 1 / 1 \ N : l / V H E F + / C / \ P : ! / O E I \ R I \ 4 / I \ N 4 / C I \ P 3 / 0 E B R I \ 5 / I \ N 5 / L V D I N O S C : ! / C L K O / R I \ 6 O S C 1 / C L K I / R I \ 7 R B O / P W M O ( ; ; ; ' 1 R 8 1 / P W M I R B 2 / f ' W M 2 R B 3 / P W M 3 R B 4 / K B I O / P W M 5 R 8 5 / K B I 1 / P W M 4 / P ( ; M ( d l - - • \ ( ? 1 R B G / K B I : ! / f ' G C . . . . ! X I R B 7 / K 8 1 3 / P G D R C O / T 1 O S O / T 1 C K I _ --~ --~-~~ . l i t ' 1 1 - J { i _ t ~- ' ~ -- - I f . . . L j · · - - " ' _ _ _ _ _ - _ - - - - r ' ' R O Q B [ P R C J _ Q " " · ' " " ' ' ' " " • r · , , . , _ ! j l D e ( o d e l & ~ ' r - ; " ' M o H • p l y J U P O R " f D _ _ C m l • o I ' L . . . ~ ( : ; : : " - · t t J t t t L _ _ l~~J~er-u;-11 V _ - - f , _ =---;-~~ t i l R C 1 ( T 1 O S I / C C P 2 / F L T A I 2 1 R C 2 / C C P 1 / F L T R R C 3 / T O C I \ I / T 5 C K I / I N T O I 3 1 R C 4 / I N T 1 / S D I / S D I \ ( 3 ) R C 5 / I N T 2 / S C K J S C L ( 3 1 R C H / T X / C I \ / S S R C 7 / R X / D T / S D O ' r n n e r - - I T - O P I cti~ 8 . - - B l _ _ ~ - t 8 1 \ _ _ · : r o - r r - - = = - = P o w e r - o n f - - - v - - _ _ " ' " " ' I I \:.~LU - ! ' 0 1 , . , E 2 / I \ N 8 · - - . . \ / ' \ / " . • ( 1 [ - - - - - f v \ C l n / V P P / R E J 1 - I N T R C --~ o s c 1 ' 1 1 1 1 e r 0 I I _ _ n n : e r I I [ _ -~r~e~u I [ 1 1 m e r 5 J Lc{ISAil~:~-------1~-- Cx~Aifllll, 1 \ V r ; s _ j ( I L _ _ _ _ _ L _ _ _ _ =-~- ~\ ~ I D A I C J E E I f r ' _ _ _ _ _ I I - . V . . _ - C C f ' 1 l C C P 2 [ -~-J I ~~] [ _ t l ' ] l " _ _ _ V_~ \ S y n c l l m n o u s J . S e r i a l P o r t - - - · - - - - -~---·- F i g u r e 4 . 1 - B l o c k d i a g r a m o f P I C 1 8 F 4 4 3 1 2 4 4 . 2 . 2 P o w e r C o n t r o l P W M M o d u l e T h e P o w e r C o n t r o l P W M m o d u l e s i m p l i f i e s t h e t a s k o f g e n e r a t i n g m u l t i p l e , s y n c h r o n i z e d p u l s e w i d t h m o d u l a t e d ( P W M ) o u t p u t s f o r u s e i n t h e c o n t r o l o f m o t o r c o n t r o l l e r s a n d p o w e r c o n v e r s i o n a p p l i c a t i o n s . I n p a r t i c u l a r , t h e f o l l o w i n g p o w e r a n d m o t i o n c o n t r o l a p p l i c a t i o n s a r c s u p p o r t e d b y t h e P W M m o d u l e : • T h r e e - p h a s e a n d S i n g l e - p h a s e A C I n d u c t i o n M o t o r s • S w i t c h e d R e l u c t a n c e M o t o r s • 1 3 r u s h l e s s D C ( B L O C ) M o t o r s • U n i n t e r r u p t i b l e P o w e r S u p p l i e s ( U P S ) • M u l t i p l e D C B r u s h M o t o r s T h e P W M m o d u l e h a s t h e f o l l o w i n g f e a t u r e s : • U p t o e i g h t P W M 1 / 0 p i n s w i t h f o u r d u t y c y c l e g e n e r a t o r s . P i n s c a n b e p a i r e d i o g e t a c o m p l e t e h a l f - b r i d g e c o n t r o l . • U p t o 1 4 - b i t r e s o l u t i o n , d e p e n d i n g u p o n t h e P W M p e r i o d . • " O n - t h e - l l y " P W M f r e q u e n c y c h a n g e s . • E d g e - a n d C e n t e r - a l i g n e d O u t p u t m o d e s . • S i n g l e - p u l s e G e n e r a t i o n m o d e . • P r o g r a m m a b l e d e a d t i m e c o n t r o l b e t w e e n p a i r e d P W M s . • I n t e r r u p t s u p p o r t f ( ) r a s y m m e t r i c a l u p d a t e s i n C e n t e r - a l i g n e d m o d e . 2 5 · O u t p u t o v e r r i d e s f o r E l e c t r i c a l l y C o m m u t a t c d M o t o r ( E C M ) o p e r a t i o n ; f o r e x a m p l e , B r u s h l e s s D C m o t o r s . · S p e c i a l E v e n t c o m p a r a t o r f o r s c h e d u l i n g o t h e r p e r i p h e r a l e v e n t s . • P W M o u t p u t s d i s a b l e f e a t u r e s e t s P W M o u t p u t s t o t h e i r i n a c t i v e s t a t e w h e n i n D e b u g m o d e . I h e P o w e r C o n t r o l P W M m o d u l e s u p p o r t s f o u r P W M g e n e r a t o r s a n d e i g h t o u t p u t c h a n n e l s o n P I C l l H - - 4 4 3 1 d e v i c e . A s i m p l i l ' i e d b l o c k d i a g r a m o f t h e m o d u l e i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 s h o w s h o w t h e m o d u l e h a r d w a r e i s c o n f i g u r e d l o r e a c h P W M o u t p u t p a i r f o r t h e c o m p l e m e n t a r y o u t p u t m o d e . 2 6 L i l l i P r n C J I D C J i a B u s ' n t \ - ~t: L _ _ _ P W M C O N O _ ] I I I , ' J I I P W M C O N 1 I I , , - , l - -~ ~- - P W M E n a b l e a n d M o d e f l :/~-·\ D T C O N . . -~-~~I D e a d T i r n e C o n t r o l r ~ . . . . . ~ ~-- . . . . ~- ~----~] ' L/~'···1 F L T C O N ' , , ! - - l , ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - F a u l t P i n C o n t r o l f l . . . ~ ~ -~· : ; : L OVD~ON<~~~ . . ] P W M M a n u a l C o n t r o l P W M G e n e r a t o r # 3 ( 1 ) r - - - - - - - - - - - , 8 I -~-:~~~~~-+--··~- =~==;)f - - ~-PDCJ-B~ff~~~~.] I I - - ~--p; - ~. l l t / r " ' , l · I I ~I· ~- P T M R l ' \ - [ C o r n p a r n t o r J - · - - r P T P E R 1 [ . - - _ _ _ _ t t _ ---~~ P D C 3 I - - - - - . - ] . . . ~-~- . . - I I I '-----1--c;~parato~}-~~ C h a n n e l 3 . . . ~. - _ L:-=--~~-=-=· ~ _ _ ; D e f l d T i r n e G e n e m t o r . -~~ a n d O v e r r i d e L o g i c l 2 l ~ - - - - - · - - - - - - - - ! S J P W M l ( 2 ) - - [ ' < J P W M 6 ( 2 ) ~ P W M Generator----~ --ci18~r~812-- -~ - - [ g ] P W M 5 ~ ~~- ~.-~· - - -~ . . . . f # 2 D e a d T i m e G e n e r a t o r ·---~- ··~---~-- L~[ a n d O v e r r i d e L o g i c _ _ . . O u t p u l l - - . . ~:> - t 1 LPOL-~ F i g u r e 4 . 3 - P W M m o d u l e b l o c k d i a g r a m , o n e o u t p u t p a i r , C o m p l e m e n t a r y . t . 2 . 3 C o n t r o l R e g i s t e r s T h e o p e r a t i o n o r t h e P W M m o d u l e i s c o n t r o l l e d b y a t o t a l o f 2 2 r e g i s t e r s . E i g h t o f t h e s e a r e u s e d t o c o n f i g u r e t h e f e a t u r e s o f t h e m o d u l e : • P W M T 1 m e r C o n t r o l r e g i s t e r 0 ( P T C O N O ) • P W M T i m e r C o n t r o l r e g i s t e r I ( P T C O N I ) • P W M C o n t r o l r e g i s t e r 0 ( P W M C O N O ) • P W M C o n t r o l r e g i s t e r l ( l ' W M C O N I ) • D e a d T i m e C o n t r o l r e g i s t e r ( D T C O N ) • O u t p u t O v e r r i d e C o n t r o l r e g i s t e r ( O V D C O N D ) • O u t p u t S t a t e r e g i s t e r ( O V D C O N S ) • h w l t C o n t l g u r a t i o n r e g i s t e r ( F L T C O N F I G ) 2 8 T h e r e a r e a l s o 1 4 r e g i s t e r s t h a t a r e c o n f i g u r e d a s s e v e n r e g i s t e r p a i r s o f 1 6 b i t s . T h e s e a r e u s e d f o r t h e c o n f i g u r a t i o n v a l u e s o f s p e c i f i c f e a t u r e s . T h e y a r e : • P W M T i m e B a s e R e g i s t e r s ( P T M R H a n d P T M R L ) • P W M P e r i o d R e g i s t e r s ( P T P E R H a n d P T P E R L ) • P W M S p e c i a l E v e n t C o m p a r e R e g i s t e r s ( S E V T C M P I I a n d S E V T C M P L ) • P W M D u t y C y c l e # 0 R e g i s t e r s ( P D C O H a n d P D C O L ) • P W M D u t y C y c l e # I R e g i s t e r s ( P D C I H a n d P D C I L ) • P W M D u t y C y c l e 1 1 2 R e g i s t e r s ( P D C 2 H a n d P D C 2 L ) • P W M D u t y C y c l e # 3 r e g i s t e r s ( P D C J H a n d P D C J L ) A l l o f t h e s e r e g i s t e r p a i r s a r e d o u b l e - b u f f e r e d . 4 . 2 . 4 M o d u l e F u n c t i o n a l i t y T h e P W M m o d u l e s u p p o r t s s e v e r a l m o d e s o f o p e r a t i o n t h a t a r c b e n e f i c i a l f o r s p e c i f i c p o w e r a n d m o t o r c o n t r o l a p p l i c a t i o n s . E a c h m o d e o f o p e r a t i o n i s d e s c r i b e d i n s u b s e q u e n t s e c t i o n s . T I 1 c P W M m o d u l e i s c o m p o s e d o f s e v e r a l f u n c t i o n a l b l o c k s . T h e o p e r a t i o n o f e a c h i s e x p l a i n e d s e p a r a t e l y i n r e l a t i o n t o t h e s e v e r a l m o d e s o f o p e r a t i o n : • P W M T i m e B a s e 2 9 • P W M T i m e B a s e I n t e r r u p t s • P W M P e r i o d • P W M D u t y C y c l e • D e a d T i m e G e n e r a t o r s • P W M O u t p u t O v e r r i d e s • P W M F a u l l I n p u t s • P W M S p e c i a l E v e n t T r i g g e r 4 . 2 . 5 P W M T i m e B a s e T h e P W M t i m e b a s e i s p r o v i d e d b y a 1 2 - b i t t i m e r w i t h p r e s c a l e r a n d p o s t s c a l e r f u n c t i o n s . A s i m p l i f i e d b l o c k d i a g r a m o f t h e P W M t i m e b a s e i s s h o w n i n F i g 4 . 4 . T h e P W M t i m e b a s e i s c o n f i g u r e d t h r o u g h t h e P T C O N O a n d P T C O N I r e g i s t e r s . T h e t i m e b a s e i s e n a b l e d o r d i s a b l e d b y r e s p e c t i v e l y s e t t i n g o r c l e a r i n g t h e P T E N b i t i n t h e P T C O N I r e g i s t e r . J O [ P T M R R e g r s l e r - - c - - - - - - - - P T M R C l o c k T i m e r R E S E T _ _ _ _ : : s . _ ; - _ : _ _ _ J ' " " " ' ' l c h ~-Up/Uowr~J [ C o m p a r a t o r - - - - - --~I r r m e r _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ! -----~--'----- D r r e c l r o n --~ P T D I R C o n t r o l " ' . [_--~0;:~~~~~ _ ] __jj~-~ [ _ _ _ _ _ _ PTP~~-- _ _ _ _ J - - - - } { ~-~-~e_r_ro_d_lo~_cl - - - - - - c J -_ _ - _ -_ - - - - = = - = - = - - = - - - _]~L _ _ _ _ _ _ J [~-=~-~~~~~~:~ P e r i o d m a l c i l 1 - - -~ D u l y C y c l e L o a d U p d a t e d i s a b l e ( U D I S ) - - - C l o c k 1--~ P T M R c l o c k C o n t r o l F o s c / 4 _ _ _~---- P r e s c a l e r ~~ P T M O D O - - ~1, 1 . 4 , U G , 1 7~---------------~ Z e r o r 1 1 < 1 1 C i l _ _ _ _ _ _ f J e r r o d m u l c h P ! M O D 1 P T M O D O --c--~P!EN ~ ' " ' " ' " ' ' t~ J C o n t r o l ~ -~ - - - - - - - - " J / \ / F i g u r e 4 . 4 - P W M T i m e b a s e b l o c k d i a g r a m T h e P W M t i m e b a s e c a n b e c o n f i g u r e d f o r f o u r d i f i C r c n t m o d e s o f o p e r a t i o n : • h c c R u n n i n g m o d e • S i n g l e - s h o t m o d e · C o n t i n u o u s U p / D o w n C o u n t m o d e • C o n t i n u o u s U p / D o w n C o u n t m o d e w i t h i n t e r r u p t s f o r d o u b l e u p d a t e s 3 1 P r t F T h e s e f o u r m o d e s a r e s e l e c t e d b y t h e P T M O D l : P T M O D O b i t s i n t h e P T C O N O r e g i s t e r . T h e r r e c R u n n i n g m o d e p r o d u c e s e d g e - a l i g n e d P W M g e n e r a t i o n . T h e u p / d o w n c o u n t i n g m o d e s p r o d u c e c e n t e r - a l i g n e d P W M g e n e r a t i o n . T h e S i n g l e - s h o t m o d e a l l o w s t h e P W M m o d u l e t o s u p p o r t p u l s e c o n t r o l o f c e r t a i n e l e c t r o n i c a l l y c o m m u t a t e d m o t o r s ( E C M s ) a n d p r o d u c e s e d g e - a l i g n e d o p e r a t i o n . 4 . 2 . 6 P W M P e r i o d T h e P W M p e r i o d i s d e f i n e d b y t h e P T P E R r e g i s t e r p a i r ( P T P E R L a n d P T P E R H ) . T h e P W M p e r i o d h a s 1 2 - b i t r e s o l u t i o n b y c o m b i n i n g 4 L S B s o f P T P E R H a n d 8 - b i t s o f P T P E R L . P T P E R i s a d o u b l e - b u f f e r e d r e g i s t e r u s e d t o s e t t h e c o u n t i n g p e r i o d f o r t h e P W M t i m e b a s e . T h e P T P E R b u t l e r c o n t e n t s a r e l o a d e d i n t o t h e P T P E R r e g i s t e r a t t h e f o l l o w i n g t i m e s : • F r e e R u n n i n g a n d S i n g l e - s h o t m o d e s : w h e n t h e P T M R r e g i s t e r i s r e s e t t o z e r o a l t e r a m a t c h w i t h t h e P T P E R r e g i s t e r . U p / D o w n C o u n t i n g m o d e s : W h e n t h e P T M R r e g i s t e r i s z e r o . T h e v a l u e h e l d i n t h e P T P E R b u f f e r i s a u t o m a t i c a l l y l o a d e d i n t o t h e P T P E R r e g i s t e r w h e n t h e P W M t i m e b a s e i s d i s a b l e d ( P T E N = 0 ) . T h e P W M p e r i o d c a n b e c a l c u l a t e d f r o m t h e f o l l o w i n g f o r m u l a s : P W M p e r i o d f o r f r e e r u n n i n g m o d e . ! ' p w m = ( P T P E R + I ) F o s c / ( P T M R p s / 4 ) o r T p w m =~ ! J : J P E R I I ) x P T M R p s F o s c / 4 3 2 P W M p e r i o d f o r f r e e l J p / D o w n c o u n t i n g m o d e T P W M c = ( 2 x P T P E R ) F o s c / ( P T M R P S / 4 ) T h e P W M f r e q u e n c y i s t h e i n v e r s e o f period~ o r P W M f r e q u e n c y P W M p e r i o d . f . 2 . 7 P W M D u t y C y c l e P W M d u t y c y c l e i s d e f i n e d b y P D C x ( P D C x L a n d P D C x H ) r e g i s t e r s . T h e r e a r e a t o t a l o f 4 P W M D u t y C y c l e r e g i s t e r s f o r 4 p a i r s o f P W M c h a n n e l s . T h e D u t y C y c l e r e g i s t e r s h a v e 1 4 - h i t r e s o l u t i o n b y c o m b i n i n g 6 L S b s o f P D C x H w i t h t h e 8 b i t s o f P D C x L . P D C x i s a d o u b l e - b u f f e r e d r e g i s t e r u s e d t o s e t t h e c o u n t i n g p e r i o d f o r t h e P W M t i m e b a s e . 4 . 2 . 8 P W M D u t y C y c l e R e g i s t e r s T h e r e a r e f o u r 1 4 - b i t s p e c i a l f u n c t i o n r e g i s t e r s u s e d t o s p e c i f y d u t y c y c l e v a l u e s f o r t h e P W M m o d u l e : • P D C O ( P D C O L a n d P D C O H ) • P D C I ( P D C I L a n d P D C I H ) • P D C 2 ( P D C 2 L a n d P D C 2 l l ) • P D C 3 ( P D C 3 L a n d P D C 3 l l ) 3 3 . . ! ' h e v a l u e i n e a c h D u t y C y c l e r e g i s t e r d e t e r m i n e s t h e a m o u n t o f t i m e t h a t t h e P W M o u t p u t 1 s i n t h e a c t i v e s t a t e . T h e u p p e r 1 2 b i t s o f P D C n h o l d t h e a c t u a l d u t y c y c l e v a l u e f r o m P T M R I I / L < I l : 0 > , w h i l e t h e l o w e r 2 b i t s c o n t r o l w h i c h i n t e r n a l Q - c l o c k t h e d u t y c y c l e m a t c h o c c u r s . I n l~dgc-aligned m o d e , t h e P W M p e r i o d s t a r t s a t Q l a n d e n d s w h e n t h e D u t y C y c l e r e g i s t e r m a t c h e s t h e P T M R r e g i s t e r a s f o l l o w s . T h e d u t y c y c l e m a t c h i s c o n s i d e r e d w h e n t h e u p p e r 1 2 b i t s o f t h e P D C i s e q u a l t o t h e P T M R . - t . 2 . 9 E d g e - A l i g n e d P W M h i g e - a l i g n e d P W M s i g n a l s a r e p r o d u c e d b y t h e m o d u l e w h e n t h e P W M t i m e b a s e i s i n t h e F r e e R u n n i n g m o d e o r t h e S i n g l e - s h o t m o d e . F o r e d g e - a l i g n e d P W M o u t p u t s , t h e o u t p u t r o r a g i v e n P W M c h a n n e l h a s a p e r i o d s p e c i f i e d b y t h e v a l u e l o a d e d i n P T P E R a n d a d u t y c v c l c s p c c i J i e d b y t h e a p p r o p r i a t e D u t y C y c l e r e g i s t e r ( s e c F i g u r e 4 . 5 ) . T h e P W M o u t p u t i s J n v c n a c t i v e a t t h e b e g i n n i n g o f t h e p e r i o d ( P T M R = 0 ) a n d i s d r i v e n i n a c t i v e w h e n t h e v a l u e i n t h e D u t y C y c l e r e g i s t e r m a t c h e s P T M R . A n e w c y c l e i s s t a r t e d w h e n P T M R m a t c h e s t h e P T P E R a s e x p l a i n e d i n t h e P W M p e r i o d s e c t i o n . I f t h e v a l u e i n a p a r t i c u l a r D u t y C y c l e r e g i s t e r i s z e r o , t h e n t h e o u t p u t o n t h e c o r r e s p o n d i n g P W M p i n w i l l b e i n a c t i v e I ( J r t h e e n t i r e P W M p e r i o d . I n a d d i t i o n , t h e o u t p u t o n t h e P W M p i n w i l l b e a c t i v e f o r t h e e n t i r e P W M p e r i o d i f t h e v a l u e i n t h e D u t y C y c l e r e g i s t e r i s g r e a t e r t h a n t h e v a l u e h e l d i n t h e P T P E R r e g i s t e r . 3 4 N E r · ; / D u t y C y c l e L a t c l 1 e d ' ' P T P E R - : - - - - - - - , - - - . , ' - - - - - - - - - - , · ~ ' / / , - ' , / ~··· I I / / / / P D C I P T r · . , : l R I / _ / -------~------------- f o l d \ 1 ' - / a l u e . . . . . . / , 1 . • . / I , / . I / / I / , I / , P D C I , . ' I / ' • _ - . - _ / L _ _ _ _ _ _ - - _ , L . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ . _ . _ _ . _ . . . . . . . _ ~- l ' t • l e ' - · ' ; 1 / 1 , / , . • ( j / / · · I , / I .~ I / , . , . . I / 0 _ r . : : . _ - - - - - - 1 - - - / - - - - - - - - - I _ _ _ , I D u t y - C y c l e [ l . . , , ' , : T . . . . . . . . . . / A c t i v 1 : : J t !)E•~Iinl'lil' ~ ) f p~r e e l P e c i o d • . , . . f i g u r e 4 . 5 - - G e n e r a t i o n o f P W M w a v e f o r m 4 . 2 . 1 0 C o m p l e m e n t a r y P W M O p e r a t i o n I T h e C o m p l e m e n t a r y m o d e o f P W M o p e r a t i o n i s u s e f u l t o d r i v e o n e o r m o r e p o w e r s w i t c h e s i n h a l f - b r i d g e c o n f i g u r a t i o n a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 6 . T h i s i n v e r t e r t o p o l o g y i s t y p i c a l f o r a 3 - p h a s e i n d u c t i o n m o t o r , b r u s h l e s s D C m o t o r o r a t h r e e - p h a s e U n i n t c r r u p t i b l e P o w e r S u p p l y ( U P S ) c o n t r o l a p p l i c a t i o n s . E a c h u p p e r / l o w e r p o w e r s w i t c h p m r I S f e d b y a c o m p l e m e n t a r y P W M s i g n a l . D e a d t i m e m a y b e o p t i o n a l l y i n s e r t e d d u r i n g d e v i c e s w i t c h i n g w h e r e b o t h o u t p u t s a r e i n a c t i v e f o r a s h o r t p e r i o d . I n C o m p l e m e n t a r y m o d e , t h e d u t y c y c l e c o m p a r i s o n u n i t s a r e a s s i g n e d t o t h e P W M o u t p u t s a s f o l l o w s : 3 5 • P D C O r e g i s t e r c o n t r o l s P W M 1 / P W M O o u t p u t s • P D C l r e g i s t e r c o n t r o l s P W M 3 / P W M 2 o u t p u t s • P D C 2 r e g i s t e r c o n t r o l s P W M 5 / P W M 4 o u t p u t s • P D C J r e g i s t e r c o n t r o l s P W M 7 / P W M 6 o u t p u t s P W M 1 / 3 / 5 / 7 a r c t h e m a i n P W M s t h a t a r e c o n t r o l l e d b y t h e P D C r e g i s t e r s a n d P W M 0 / 2 / 4 / 6 a r c t h e c o m p l e m e n t e d o u t p u t s . W h e n u s i n g t h e P W M s t o c o n t r o l t h e h a l f b r i d g e , t h e o d d n u m b c r P W M s c a n b e u s e d t o c o n t r o l t h e u p p e r p o w e r s w i t c h a n d t h e e v e n n u m b e r e d P W M s f o r t h e l o w e r s w i t c h e s . + V 0 ~ ~ Q _ ~® Q _ - 3 P h a s e I~ ~ F i g u r e 4 . 6 - T y p i c a l L o a d f o r C o m p l e m e n t a r y P W M o u t p u t s 3 6 i h e C o m p l e m e n t a r y m o d e i s s e l e c t e d f o r e a c h P W M 1 / 0 p i n p a i r b y c l e a r i n g t h e a p p r o p r i a t e I ' M O D x b i t i n t h e P W M C O N O r e g i s t e r . T h e P W M 1 / 0 p i n s a r e s e t t o C o m p l e m e n t a r y m o d e \ w d e f a u l t u p o n a l l k i n d s o f d e v i c e r e s e t s . 4 . 2 . 1 1 D e a d T i m e G e n e r a t o r s I n p o w e r i n v e r t e r a p p l i c a t i o n s w h e r e t h e P W M s a r e u s e d i n C o m p l e m e n t a r y m o d e t o c o n t r o l t h e u p p e r a n d l o w e r s w i t c h e s o f a h a l f - b r i d g e , a d e a d t i m e i n s e r t i o n i s h i g h l y r e c o m m e n d e d . T h e d e a d t i m e i n s e r t i o n k e e p s b o t h o u t p u t s i n i n a c t i v e s t a t e f o r a b r i e f t i m e . T h i s a v o i d s a n y o v e r l a p i n t h e s w i t c h i n g d u r i n g t h e s t a t e c h a n g e o f t h e p o w e r d e v i c e s d u e t o T O N a n d T O F F c h a r a c t e r i s t i c s . l 3 c c a u s c t h e p o w e r o u t p u t d e v i c e s c a n n o t s w i t c h i n s t a n t a n e o u s l y , s o m e a m o u n t o f t i m e m u s t b e p r o v i d e d b e t w e e n t h e t u r n - o f f e v e n t o f o n e P W M o u t p u t i n a c o m p l e m e n t a r y p a i r a n d t h e t u m - o n e v e n t o f t h e o t h e r t r a n s i s t o r . T h e P W M m o d u l e a l l o w s d e a d t i m e t o b e p r o g r a m m e d . D e a d T i m e I n s e r t i o n E a c h ~omp\ementary o u t p u t p a i r f o r t h e P W M m o d u l e h a s a 6 - b i t d o w n c o u n t e r u s e d t o p r o d u c e t h e d e a d t i m e i n s e r t i o n . A s s h o w n i n F i g u r e 4 . 7 , e a c h d e a d t i m e u n i t h a s a r i s i n g a n d f a l l i n g e d g e d e t e c t o r c o n n e c t e d t o t h e d u t y c y c \ e c o m p a r i s o n o u t p u t . T h e d e a d t i m e i s l o a d e d i n t o t h e t i m e r o n t h e d e t e c t e d P W M e d g e e v e n t . D e p e n d i n g o n w h e t h e r t h e e d g e i s r i s i n g o r f a l l i n g , o n e o f t h e t r a n s i t i o n s o n t h e c o m p l e m e n t a r y o u t p u t s i s d e l a y e d u n t i l t h e t i m e r c o u n t s d o w n t o z e r o . A t i m i n g d i a g r a m i n d i c a t i n g t h e d e a d t i m e i n s e r t i o n f o r o n e p a i r o f P W M o u t p u t s i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 8 . 3 7 D e a d T t r n e ~ , / - - : ; : : S e l e c l B t l s -~--t l _ l ~---~Corn p a r e j [ } - J t F 1 C l o c k C o n t r o l c s c -~ a n d P r e s c a l e r ~ 6 - B t l D o w n C o u n t e r U e i l d T t m e ---~ff _ _ _ _ _ - - - P r e s c a l e - - · - - · - " " " c ' " " ~~j[sl]] Conl~lfHe l r 1 p U \ _ _ ,~.,. · - - - 1 - - - ! --------co--~ -1>X]---~ O d d f ' W M S t q r w l l o O u l p u l C n n l r o l B l o c k E v e n P W M S t p n a l I n O u l p u l C o n l r n l f l i i H : k F i g u r e 4 . 7 - D e a d T i m e c o n t r o l u n i t b l o c k d i a g r a m f o r o n e P W M o u t p u t p a i r f 0 D C 1 c o m p ; - r r e o u t p u t P W M 1 f J W M O ~ l d t t l . -~· , , . . _ _ . . , , . . . , . . _ J ~------1' ----~- : ~·--------- ' I 1 I I -----~r-- - - - -L-~~ I I 1 I I ~--l, : ~--~--~ ~-----------,-- t -----~-~~~----------------~_1---~ F i g u r e 4 . 8 - D e a d t l l n c i n s e r t i O n f o r c o m p l e m e n t a r y P W M 3 8 4 . J C o n t r o l S t r a t e g y ~.3. \ V / f C o n t r o l w i t h C u r r e n t F e e d b a c k i \ l h s a d v a n t a g e o f o p e n - l o o p V i r c o n t r o l i s t h a t t h e m o t o r c a n s t a l l i f t h e s p e e d i s r a m p e d u p \ l ) l ) q\.nck\:~ o r \ h e h m L \ o t h e r w i s e c h a n g e s r a p i u \ y . W i \ h o u \ s o r n e f o r m o [ f e e d b a c k , 1 \ i s \ \ \ l f l O s s i \ 1 \ 1 . : : \ . \ ) c \ e \ e c \ . \ \ 1 \ \ c \ . h e r \ h e n 1 o \ m \ S \ u m i n g , a s e x p c c \ . c l \ , o r \ \ ' \ \ i s s \ a \ k d . 1 \ s \ a \ \ '~ntscs h i g h c u r r e n t s a n d . t h e m o t o r l o s e s t o r q u e . B y m o n i t o r i n g c u r r e n t , e x c e s s i v e s l i p c a n h L ' d e t e c t e d , a n d t h e m o t o r f r e q u e n c y c a n b e a d j u s t e d d o w n w a r d a c c o r d i n g l y . J \ h i g h - c u r r e n t ' l l l h . l i t i o n m a y a l s o b e c a u s e d b y a m a l f u n c t i o n o f t h e i n v e r t e r b r i d g e . I r a h i g h - c u r r e n t • o n d i t i o n p e r s i s t s , t h e d r i v e s h o u l d b e s h u t d o w n t o p r e v e n t m o t o r o v e r h e a t i n g o r o t h e r - l a t n < l g c \ c u n c e p t u a l d 1 a g r a m I S i l l u s t r a t e d 1 1 1 F i g u r e 4 . 9 . T h e s p e e d r e f e r e n c e i s p r o v i d e d b y t h e • N ' t . 1 1 1 t h i s c a s e v i a a p o t e n t i o m e t e r c o n n e c t e d t o a n A D C c h a n n e l . T h e V / 1 ' ! ' u n c t i o n i n r 1 r m w a r e c a l c u l a t e s t h e m a x i m u m P W M d u t y c y c l e ( a m p i i t u d e ) b a s e d u p o n t h e s p e e d ' L ' I c r c n c e . T h e D C b u s ( b r i d g e ) c u r r e n t i s m e a s u r e d u s i n g a s h u n t r e s i s t o r , w h i c h p r o d u c e s a \ o l t a g c p r o p o r t i o n a l t o t h e c u r r e n t t h r o u g h i t . T h i s v o l t a g e i s a m p l i t l e d a n d c o m p a r e d w i t h o~11 e x t e r n a l c o m p a r a t o r t o a r c l e r c n c e l e v e l t h a t c o r r e s p o n d s t o t h e m a x i m u m a l l o w a b l e b u s , u r r c n t . T h e c o m p a r a t o r o u t p u t d r i v e s t h e F a u l t J \ i n p u t o f t h e P I C 1 8 F 4 4 3 1 . 1 r t h e F ; a u l t t g n a l i s a s s e r t e d , t h e P W M o u t p u t i s i n h i b i t e d f o r t h e f o l l o w i n g P W M p e r i o d . S p e e d . . . . . . f V / f ; : n e l l . o n 1-~~-....f--;~:--J > ; . . , 3 - P h a s o _ _ _ [ / _ _ _ ) _ l l e f e r e n c e \ . \ . Invertor---~.,... A C I M - - - - - - - - - - ~~~;~nl t_-~f~!~""' '~'''"'"" D w i t h a d e a d - t i m e v a l u e t o a c h i e v e a 2 ~ts d e a d t i m e . T h e a c t u a l v a l u e d e p e n d s o n t h e c o n t r o l l e r ' s c l o c k f r e q u e n c y ; r e f e r t o t h e d a t a s h e e t t o d e t e r m i n e t h e p r o p e r v a l u e . 4 1 1 1 D i s a b l e t h e o u t p u t o v e r r i d e s o n t h e P W M p i n s b y s e t t i n g b i t s P O V D < 5 : 0 > . · . 1 C l e a r t h e s p e c i a l d u t y c y c l e r e g i s t e r p a i r ( S E V T C M P I I : S E V T C M P L ) . X l ' l c a r a l l o f t h e r e g u l a r P W M d u t y c y c l e r e g i s t e r p a i r s ( P D C x H : P D C x L ) t o s e t t h e d u t y c v c l c s t o 0 . q E n a b l e t h e P W M t i m e b a s e . 4 . 5 I n i t i a l i z i n g t h e A D C n 1 o d u l e O n e a n a l o g v a l u e s i s m e a s u r e d i n t h i s a p p l i c a t i o n : • ; \ N I ( L M 3 5 D Z t e m p e r a t u r e s e n s o r i n p u t f o r t h e s p e e d r e f e r e n c e ) !"hi~ h i g h - s p e e d A D C i n c o r p o r a t e s s e v e r a l f e a t u r e s , s u c h a s A u t o - C o n v e r s i o n m o d e a n d a F l F O r e s u l t b u f t C r , t h a t r e d u c e t h e f i r m w a r e o v e r h e a d a s s o c i a t e d w i t h m o n i t o r i n g m u l t i p l e a n a l o g c h a n n e l s a n d e n h a n c e A D C t h r o u g h p u t . T o i n i t i a l i z e t h e I I S A D C m o d u l e : 1 . C o n f i g u r e A D C o p e r a t i o n : a ) E n a b l e C o n t i n u o u s L o o p m o d e . b ) l~nable s i n g l e - C h a n n e l m o d e . c l A s s t g n V R E F I a n d V R E F - . d ) E n a b l e t h e F I F O b u f f e r . c ) S e l e c t t h e l e f l - j u s t i 1 1 e d f o r m a t f o r t h e A / D r e s u l t . I ) S e t t h e A / D a c q u i s i t i o n t i m e t o 1 2 T A D ( r e q u i r e d f o r s e q u e n t i a l c o n v e r s i o n ) . g ) S e t t h e A / D c o n v e r s i o n c l o c k t o F O S C / 3 2 h ) T u r n o n t h e A D C . 4 2 4 . 6 V / F C o n t r o l F i r m w a r e I h e h e a r t o f t h e A C I M c o n t r o l i s a c c o m p l i s h e d w i t h t h e P C P W M p e r i p h e r a l o p e r a t e d i n \ ' o m p l i m c n t a r y m o d e . T h e d u t y c y c l e o f t h e t h r e e P W M c h a n n e l s a r e c h a n g e d i n a r e g u l a r m a n n e r u s i n g a T i m e r O i n t e r r u p t t o s y n t h e s i z e t h e t h r e e - p h a s e w a v e f o r m s t h a t d r i v e t h e m o t o r . A s i n e t a b l e i s s t o r e d i n p r o g r a m m e m o r y . I t i s t r a n s f e r r e d t o d a t a m e m o r y d u r i n g 1 1 1 1 t t a l i z a t i o n f o r f a s t e r a c c e s s . T h r e e r e g i s t e r s a r e u s e d a s o f f s e t s t o t h e t a b l e t h r o u g h i n d i r e c t a d d r e s s i n g . E a c h o f t h e o f f s e t v a l u e s p o i n t s t o o n e o f t h e v a l u e s i n t h e t a b l e , s u c h t h a t t h e r e 1 s a l w a y s a 1 2 0 - d e g r c c p h a s e s h i f t b e t w e e n t h e p h a s e s . I n t h i s a p p l i c a t i o n , t h e p o t e n t i o m e t e r d e t e n n i n e s t h e t a r g e t m o t o r s p e e d r e t c r e n c c s i g n a l . 4 . 7 P W M W a v e f o n n S y n t h e s i s T h e s i n u s o i d a l w a v e f o r m i s c r e a t e d b y c o n s t a n t l y c h a n g i n g t h e P W M d u t y c y c l e f o r e a c h o u t p u t . T h e m o t o r d r i v e f r e q u e n c y d e t e r m i n e s h o w o f t e n t h e P W M d u t y c y c l e v a l u e s a r c u p d a t e d a n d t h u s , t h e f r e q u e n c y o f t h e s y n t h e s i z e d w a v e f o r m . T h e p e a k - t o - p e a k d r i v e a m p l i t u d e c o r r e s p o n d s t o t h e m a x i m u m P W M d u t y c y c l e , a s t h i s g e n e r a t e s t h e m a x i m u m v o l t a g e o u t p u t o f e a c h h a l f b r i d g e o f t h e i n v e r t e r . ' T ' h e d u t y c y c l e d e t e r m i n e s t h e d r i v e a m p l i t u d e a t a n y g i v e n p o i n t i n t h e c y c l e . T h e d u t y c y c l e u p d a t e r a t e i s s e t b y m o d i l y i n g t h e T 1 m e r O r e l o a d v a l u e . T h i s d e t e r m i n e s t h e i n t e r v a l u n t i l n e x t T i m e r O o v e r f l o w . T h e P W M D u t : v C y c l e ( P D C ) r e g i s t e r s o f t h e t h r e e P W M u n i t s a r c m o d i f i e d a s f o l l o w s : 4 3 W h e n a T i m e r O i n t e r r u p t o c c u r s , a n u p d a t e d t a r g e t d r i v e f r e q u e n c y i s d e t e r m i n e d b y F ~(i\DRESII/4) T h e s i n e v a l u e f o r e a c h p h a s e i s r e a d f r o m t h e s i n e t a b l e , p o i n t e d t o b y t h e o f f s e t v a l u e f o r t h a t p h a s e . ~' T h e P W M d u t y c y c l e f o r a p a r t i c u l a r p h a s e i s c a l c u l a t e d b y m u l t i p l y i n g t h e s i n e v a l u e f r o m t h e t a b l e b y t h e u p d a t e d m o t o r d r i v e f r e q u e n c y . T h e 1 6 - b i t p r o d u c t i s s t o r e d i n t h e P D C r e g i s t e r f o r t h a t p h a s e . S t e p s 2 a n d 3 a r c r e p e a t e d f o r e a c h p h a s e . 4 . T h e o f f s e t v a l u e s a r c u p d a t e d f o r t h e n e x t t a b l e a c c e s s . ' i T h e T i m e r O r e l o a d v a l u e i s c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e u p d a t e d m o t o r d r i v e f r e q u e n c y , w h e r e / i s t h e d r i v e f r e q u e n c y . I n t h i s p r o g r a m , t h e n u m b e r o f s i n e t a b l e e n t r i e s i s s e t a t 1 9 . T h e r e l o a d v a l u e d e t e r m i n e s t h e v a l u e a t w h i c h t h e P W M d u t y c y c l e i s u p d a t e d . 6 T h e n e w P W M d u t y c y c l e v a l u e s t a k e e f f e c t a t t h e b e g i n n i n g o f t h e n e x t P W M p e r i o d . T h e d u t y c y c l e d e t e r m i n e s t h e d r i v e a m p l i t u d e a t a n y g i v e n p o i n t i n t h e c y c l e . 4 4 + 5 V < 1 - l l f l . n t r o n £ : : : - - 1 l O k f I I 1 5 0 p F I P W M 5 M C L R P W M 4 A N I 8 E E v " 7 I I I N J i U N J _ , _ I I I 4 7 0 k Vrel~ P W M J V r e f • ' I I I 1 n n ; - ( ' r ) P W M 2 > I I I L ! N J " ' 1 " V d d " ' 1 " ~ i ' W M I v~, 0 0 - ' I I I I I N ! O S C I P W M O i f I U N ! I ~ · - ' t " • . . . - _ _ _ . _ I I 4 - - - z o l \ 1 H z / I O S C 2 V d d I I T e m p e r n t u r e s e n s o r v~ . . R D I v . . . 4 . 7 k O N / O F F L E D ' ' T W 7 4 7 k . L 1 F i g u r e 4 . I I - C i r c u i t d i a g r a m o f M i c r o C o n t r o l l e r 4 5 C H A P T E R S P o w e r M o d u l e s f o r I n d u c t i o n M o t o r C o n t r o l 5 . 1 M o t o r D r i v e R e q u i r e m e n t s J ' h r e e - p h a s e A C i n d u c t i o n m o t o r r e q u i r e s p u l s e - w i d t h m o d u l a t e d c o n t r o l o f t h e s i x s w i t c h e s \ l l a J - p h a s c i n v e r t e r b r i d g e c o n n e c t e d t o t h e m o t o r ' s s t a t o r w i n d i n g s . T h e s i x s w i t c h e s l ( m n J p a i r s o f " h a l f - b r i d g e s " , w h i c h c a n b e u s e d t o c o n n e c t t h e l e g o f a w i n d i n g t o t h e p o s i t i v e o r t h e n e g a t i v e h i g h - v o l t a g e D C b u s . A s s h o w n i n t h e f i g u r e , t w o s w i t c h e s o n t h e - . , a m e · ' h a l f - b r i d g e " m u s t n e v e r b e o n s i m u l t a n e o u s l y , o t h e r w i s e t h e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e b u s e s w i l l b e s h o r t e d t o g e t h e r . T h i s c o n d i t i o n w o u l d r e s u l t i n a d e s t r u c t i v e e v e n t k n o w n a s · : ; i w o t - t h r o u g h " . I f o n e s w i t c h i s o n , t h e n t h e o t h e r m u s t b e o f T : t h u s , t h e y a r e d r i v e n a s L~omplcmcntary p a i r s . I t s h o u l d a l s o b e n o t e d t h a t t h e s w i t c h i n g d e v i c e s u s e d i n t h e h a l f - h n d g c o f t e n r e q u i r e m o r e t i m e t o t u r n o i T t h a n t o t u r n o n . F o r t h i s r e a s o n , a m i n i m u m d e a d t i m e m u s t b e i n s e r t e d b e t w e e n t h e o f f a n d o n t i m e o f c o m p l i m e n t a r y c h a n n e l s . I n t h e s e c a s e s , s o t h v a r c p r o g r a m d e v e l o p s n e c e s s a r y d e a d t i m e b e t w e e n t h e c o m p l i m e n t a r y c h a n n e l s . 1 1 o w c r m o d u l e s a r c a v a i l a b l e i n w i d e v a r i e t y o f c o n f i g u r a t i o n s t h a t a c c o m m o d a t e m o s t o f t h e c o m m o n m o t o r d r i v e t o p o l o g i e s . 4 6 5 . 2 S i x - P a c k s C o n f i g u r a t i o n ; \ c o m m o n c i r c u i t c o n f i g u r a t i o n t h a t i s u s e d f o r t h r e e - p h a s e i n d u c t i o n m o t o r i s S i x - p a c k . S i x - p a c k i s a t h r e e - p h a s e b r i d g e a r r a n g e m e n t , w h i c h c o n s i s t s o f s i x t r a n s i s t o r s . T h e c o l l e c t o r o f u p p e r t r a n s i s t o r s a r e a l l c o n n e c t e d t o g e t h e r t o a c o m m o n p o s i t i v e b u s t e n n i n a l , t h e e m i t t e r s o f l o w e r t r a n s i s t o r s a r e c o n n e c t e d t o a c o m m o n n e g a t i v e t e r m i n a l . T h e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e t e r m i n a l s a r c c o n n e c t e d t o a D C s o u r c e . T h e t h r e e o u t p u t t e r m i n a l s a r e c o n n e c t e d t o a t h r e e - p h a s e m o t o r . A s i x - p a c k m o d u l e c o u l d c o n s i s t o f I G B T s , M O S F E T s , b i p o l a r t r a n s i s t o r s , o r a n y o t h e r t v p e o f p o w e r s w i t c h i n g t r a n s i s t o r s . L a r g e h i g h v o l t a g e m o t o r o f t e n u s c a n I G B T s i x - p a c k I n P W M m o t o r d r i v e d e s i g n s I G B T S a r e b e s t s u i t e d f o r a p p l i c a t i o n s t h a t r e q u i r e t r a n s i s t o r s r a t e d a t 4 0 0 V o r h i g h e r , w h i l e M O S F E T s a r e m o s t e f f e c t i v e f o r a p p l i c a t i o n s t h a t r e q u i r e t r a n s i s t o r s r a t e d l e s s t h a n I 0 0 V . S i x - p a c k c o n f i g u r a t i o n i s n e a r l y u n i v e r s a l i n i t s s u i t a b i l i t y f o r d i f f e r e n t three~phase m o t o r d r i v e s y s t e m s . H i g h p o w e r six~packs o f t e n h a v e a s e p a r a t e e m i t t e r t e r m i n a l f o r t h e g a t e d r i v e c o n n e c t i o n , a s s h o w n i n f i g u r e 5 . 1 . T h e s e t c n n i n a l s a r c o f t e n c a l l e d a n e m i t t e r - K e l v i n t e r m i n a l s . T h e c t T e c t o f e m i t t e r i n d u c t a n c e c a n b e m i n i m i z e d b y m a k i n g u s c o f t h i s t e r m i n a l . T h e l a r g e c u r r e n t s s w i t c h e d b y t h e p o w e r d e v i c e s c a n c r e a t e l a r g e v o l t a g e t r a n s i e n t s i n t h e s t r a y e m i t t e r i n d u c t a n c e . T h e K e l v i n t e n n i n a l s a r c n o t i n t e n d e d t o b e u s e d f o r p o w e r c o n n e c t i o n s , t h e i r i n t e r n a l w i r e b o n d s a r e n o t d e s i g n e d t o h a n d l e h i g h c u r r e n t s . 4 7 p E 1 N l ' i g u r e 5 . I · S i x - p a c k J G B T m o d u l e w i t h e m i t t e r K e l v i n s . 5 . 3 G a t e D r i v e r e q u i r e m e n t s I ( J l n s c o m m o n l y u s e d i n m o t o r d r i v e s , U P S a n d c o n v e r t e r s o p e r a t i n g a t d e b u s v o l t a g e s u p ( 1 1 h O O V I ) ( _ ' r e q U i r e v o l t a g e d r i v e i n o r d e r t o a c h i e v e a s a t u r a t e d " O N ' ' s l a t e c o n d i t i o n . T h e d m c ~1gnalmust h a v e t h e l i J I I o w i n g c h a r a c t e r i s t i c s • 1 \ 1 1 a m p l i t u d e o r I O V t o 1 5 V . • 1 \ \ o w s o u r c e r e s i s t a n c e r o r r a p i d c h a r g e a n l l d i s c h a r g e o r t h e g a t e c a p a c i t a n c e • ; \ l l o a t i n g o u t p u t s o t h a t h i g h s i d e s w i t c h e s c a n b e d r i v e n . 1 1 1 a d d 1 t 1 o n t o t h e a b o v e r e ( / l l / r e m c n l s t h e a c l u n l d r i v e r s h o u l d b e c a p a b l e o r d r i v i n g ( l J ! I I m w t l o n s o f ' d e v i c e s i n b o t h l o w - s i d e a n d h i g h - s i d e s w i t c h c o 1 1 f l g u r a t i o n s . W 1 t h t h i s 1 1 1 ! l l l l d t h e d r i v e r s h o u l d a l s o p r o v i d e t h e / ( ) ! l o w i n g : • I u w 1 n t e m a l p u w e r l o s s a t h i g h s w i t c h i n g l i c q u c n c y a n d m a x i m u m o l ' L ' i e l v o l t a g e ' " " ' - ' - ' - \ : \ ~\\'1\_\\\~ \\:..\\:..\\:..\\\:,_\:..~ \\'1~\'-. \ > ; : _ " . ; > ; : _ \ \ \ \ \ ; \ . \ \ "-,\~\\0..\'S 4 R • P r o t e c t t h e p o w e r s w i t c h f r o m d a m a g e b y c l a m p i n g t h e g a t e s i g n a l t o t h e l o w s t a t e i n t h e e v e n t o f g a t e u n d e r v o l t a g e o r o v e r v o l t a g e o r i f t h e l o a d c u r r e n t e x c e e d s a p r e d e t e r m i n e d p e a k v a l u e . • P r o t e c t t h e p o w e r s w i t c h b y c l a m p i n g t h e s i g n a l t o t h e l o w s t a t e i f t h e s i g n a l i n p u t s a r e d i s c o n n e c t e d . T r a d i t i o n a l l y t h e f ' u n c t i o n s d e s c r i b e d a b o v e h a v e r e q u i r e d d i s c r e t e c i r c u i t s o f s o m e c o m p l e x i t y b u t I n t e r n a t i o n a l R e c t i f i e r ' s I R 2 1 3 0 s i x - c h a n n e l g a t e d r i v e r p e r l o r m a l l t h e r e q u i r e m e n t s f o r i n t e r f a c i n g l o g i c l e v e l c o n t r o l c i r c u i t s t o h i g h p o w e r I G B T s i n h i g h - s i d e / l o w - s i d e s w i t c h c o n f i g u r a t i o n s u s i n g u p t o s i x d e v i c e s . 5 . 3 . 1 I R 2 1 3 0 B l o c k D i a g r a m J \ s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 t h e g a t e d r i v e r c o n s i s t s o f s i x o u t p u t d r i v e r s w h i c h r e c e i v e t h e i r 1 n p u t s f r o m t h e t h r e e i n p u t s i g n a l g e n e r a t o r b l o c k s e a c h p r o v i d i n g t w o o u t p u t s . T h e t h r e e l o w - s i d e o u t p u t d r i v e r s a r c d r i v e n d i r e c t l y f r o m t h e s i g n a l g e n e r a t o r s L I , L 2 a n d L 3 b u t t h e h i g h - s i d e d r i v e s i g n a l s H I , 1 1 2 a n d H 3 m u s t b e l e v e l s h i f t e d b c t ( ) r e b e i n g a p p l i e d t o t h e h i g h - s i d e o u t p u t d r i v e r s . ; \ n u n d e r v o l t a g e d e t e c t o r c i r c u i t m o n i t o r i n g t h e v e e l e v e l p r o v i d e s a n i n p u t t o i n h i b i t t h e s 1 x o u t p u t s o f t h e s i g n a l g e n e r a t o r c i r c u i t s . I n a d d i t i o n , t h e r e a r c i n d i v i d u a l u n d e r v o l t a g e l o c k o u t c i r c u i t s f o r t h e h i g h - s i d e o u t p u t s s h o u l d a n y o f t h e f l o a t i n g b i a s s u p p l i e s 1~1!1 b e l o w a p r e d c t e r m i n e d 1 e v e ! . 4 9 l h e I T R I P s i g n a l w h i c h c a n b e d e r i v e d f r o m a c u r r e n t s e n s o r i n t h e m a i n p o w e r c i r c u i t o f t h e e q u i p m e n t ( c u r r e n t t r a n s f o r m e r , v i e w i n g r e s i s t o r , e t c . ) i s c o m p a r e d w i t h a 0 . 5 v o l t r e f e r e n c e a n d i s t h e n " O R - e d ' ' w i t h t h e U V s i g n a l t o i n h i b i t t h e s i x s i g n a l g e n e r a t o r o u t p u t s . i \ f~wlt l o g i c c i r c u i t s e t b y t h e ' U V o r ! T R I P i n p u t s p r o v i d e s a n o p e n d r a i n T T L o u t p u t f o r s v s t e m i n d i c a t i o n o r d i a g n o s t i c s . T h e r e i s a l s o a n i n t e r n a l c u r r e n t a m p l i f i e r i n t h e I R 2 I 3 0 a m i I R 2 J 3 2 t h a t p r o v i d e s a n a n a l o g s i g n a l p r o p o r t i o n a l t o t h e v o l t a g e d i f f e r e n c e b e t w e e n V S S a n d V S O . T h u s , a v i e w i n g r e s i s t o r i n t h e m a i n p o w e r c i r c u i t c a n p r o v i d e a p o s i t i v e ' o l t a g c a t V S O a n d b y s u i t a b l e l c c d b a c k r e s i s t o r s t h e c u r r e n t a m p l i l l e r c a n b e s c a l e d t o g e n e r a t e 0 - 5 V d c a s a f u n c t i o n o f a c t u a l l o a d c u r r e n t . ,---~~------------------ v s , m m < _ ) - - - - - - - - - - - t j H O t R i f i 2 ( } - - - - - - - - - - - , v s , F l l f J ' l ( ) . - - - - - - - - - - , H U 2 LTtTI~ I om~ I ~ 1 f l G E N E R A T O R I _ . : . - - + - - - · v v s , F A l i l i < ? - 4 I I I 1 I - - - - · ' - ' V R l ! 1 0 3 ·-~ . . - v e e ! 1 r--_::==---J.---.,-----r-+-H---------r--~ 1 0 1 C A ( ( I v~ v s s (r--~ _ _ _ _ J ' - - - - - - - - - - - - F i g u r e 5 . 2 - F u n c t i o n a l b l o c k d i a g r a m o f t h e I R 2 1 3 0 5 0 . . . 5 . 3 . 2 P r o t e c t i o n C i r c u i t s a n d F a u l t R e p o r t i n g • l J n d c r v o l t a g e P r o t e c t i o n A n u n d e r v o l t a g e c o n d i t i o n o n t h e v e e l e v e l , d e f i n e d a s l e s s t h a n 8 . 9 V ( a s V e e i s r e d u c e d ) a n d l e s s t h a n 9 . 3 V n o m i n a l ( a s V e e i s i n c r e a s e d ) c a u s e s a l l o u t p u t s t o s h u t d o w n W i t h v e e a t a r o u n d 9 v o l t s t h e d r i v e r s p r o v i d e m a r g i n a l l y a d e q u a t e d r i v e v o l t a g e s t o e n s u r e f u l l e n h a n c e m e n t o f t h e p o w e r s w i t c h e s f o r m o s t a p p l i c a t i o n s . S e p a r a t e U V l o c k o u t c i r c u i t s a r e p r o v i d e d o n t h e t h r e e h i g h - s i d e o u t p u t s . T h e v a l s o h a v e a 0 . 4 V h y s t e r e s i s b a n d w i t h l e v e l s o f 8 . 3 v o l t s f o r a f a l l i n g b i a s v o l t a g e a n d 8 . 7 v o l t s f o r a r i s i n g v o l t a g e . U n l i k e t h e v e e U V c i r c u i t t h e y i n h i b i t o n l y t h e i r p a r t i c u l a r h i g h - s i d e o u t p u t a n d d o n o t a f f e c t t h e o p e r a t i o n o f a n y o t h e r o u t p u t . • C u r r e n t T r i p I n t h e e v e n t o f a s h o o t - t h r o u g h c u r r e n t o r a n o u t p u t o v e r l o a d i t i s d e s i r a b l e t o t e n n i n a t e a l l t h e o u t p u t s i g n a l s f r o m t h e d r i v e r . T h i s i s a c c o m p l i s h e d t h r o u g h a c u r r e n t c o m p a r a t o r c i r c u i t w h i c h m o n i t o r s t h e v o l t a g e d r o p a c r o s s a l o w s i d e v i e w i n g r e s i s t o r a n d c o m p a r e s i t w i t h a 0 . 5 v o l t r e f e r e n c e l e v e l . T h e c u r r e n t c o m p a r a t o r o u t p u t i s " O R - e d " w i t h t h e v e e u n d e r v o l t a g e c i r c u i t o u t p u t s o t h a t a f a u l t c o n d i t i o n o f e i t h e r t y p e c a u s e s t h e f a u l t l o g i c c i r c u i t t o a c t u a t e . • F a u l t L o g i c T h i s c i r c u i t c o n s i s t s o f a l a t c h w h i c h i s s e t b y t h e c o n d i t i o n s d e s c r i b e d i n c u r r c n t t r i p a n d i s r e s e t b y h o l d i n g a l l t h r e e l o w - s i d e i n p u t s h i g h f o r m o r e t h a n I 0 m i c r o s e c o n d s o r b y 5 1 r e c y c l i n g t h e V C C b i a s s u p p l y . W h e n t h e f a u l t l a t c h i s s e t i t p r o d u c e s t w o o u t p u t s i g n a l s . ( ) n c i s u s e d t o i n h i b i t a l l t h r e e i n p u t s i g n a l g e n e r a t o r c i r c u i t s t h u s i n h i b i t i n g a l l s i x o u t p u t s . T h e o t h e r o u t p u t s i g n a l a p p e a r s a s a l~wlt i n d i c a t o r w h i c h g o e s l o w i n t h e p r e s e n c e o f a l~llllt c o n d i t i o n . T h e a c t i v e l o w c o n d i t i o n c a n d r i v e a n L E D f a u l t i n d i c a t o r o r e x t e m a l l o g i c c i r c u i t . • C u r r e n t S e n s i n g i n I R 2 1 3 0 U s i n g t h e s a m e c u r r e n t v i e w i n g r e s i s t o r t h e c u r r e n t s e n s e v o l t a g e o f 0 - 0 . 5 V i s a m p l i f i e d i n t h e c u r r e n t a m p ! i l l e r t o g e n e r a t e a 0 - 5 V a n a l o g f u n c t i o n f o r p r o c e s s i n g i n a n e x t e r n a l c o n t r o l c 1 r c u i t . I n a c t u a l o p e r a t i o n t h e v o l t a g e d i i T c r c n c c b e t w e e n t h e V s o a n d V s s p i n s f o r m s t h e 1 n p u t v o l t a g e f o r t h e n o n i n v e r t i n g a m p l i f i e r a l t h o u g h o n l y t h e p o s i t i v e c u r r e n t i s m e a s u r e d . T w o r e s i s t o r s R f a m i R I N s e t t h e g a i n o f t h e a m p l i f i e r a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 . A c t u a l v o l t a g e g a i n i s g i v e n b y t h e r e l a t i o n s h i p V S I N P U T C A - V e e V s s O P A M P S P E C : G A O O U T P U T R I N ~ V S O R A N G E : - 5 V T O 7 V C A - R A N G E : O V T O 7 V V s s C A O R A N G E : O V T O 5 . 2 V U N I T Y G A I N : B A N D W I D T H = 1 M H z S L E W R A T E : 6 V / J . ! S A N D - 3 . 5 V / ! I S F i g u r e 5 . 3 - B l o c k d i a g r a m o f t h e C u r r e n t S e n s i n g a m p l i f i e r 5 2 A = R r + R r N R r N f o r a g a i n o f I 0 w i t h R r N = I k 1 0 = R r + I k l k R r + \ k = \ \ ) \ \ _ R r = 9 k P o w e r f o r t h e c u r r e n t a m p l i f i e r i s s u p p l i e d f r o m V C C . 5 . 4 H e a t S i n k C a l c u l a t i o n f o r I G B T m o d u l e S e l e c t i o n D e t a i l s o f I I c a t S i n k T h e r m a l r e s i s t a n c e o f I G B T ( T R G 4 P C 3 0 K D ) J u n c t i o n t o C a s e t h e r m a l r e s i s t a n c e o f ! G B T ( R o i c ) = 1 . 2 o c ; w C a s e t o S i n k , f l a t , g r e a s e d s u r f a c e t h e r m a l r e s i s t a n c e ( R o e s ) = 0 . 2 4 ° C I W T h e r m a l r e s i s t a n c e o f M i c a s h e e t + T h e r m a l c o m p o u n d = 1 . 6 ° C / W S w i t c h i n g L o s s o f I G B T ( @ 1 = 8 / \ , T j = 1 2 0 o c ) = 0 . 5 m . l T o t a l s w i t c h i n g l o s s a t 5 k H z = 0 . 5 X I 0 - . 1 X 5 X I 0 3 = 2 . 5 W T o t a l h e a t g e n e r a t e d b y 8 n o s . o f I G B T s ( P d ) = 2 0 W 5 3 l 1 3 y C o n s i d e r i n g , surf~lce A r e a o f 1 - I e a t S i n k = A m 2 T h e r m a l r e s i s t a n c e o f h e a t s i n k ( R o s n 1 = 0 . 0 8 / A M a x i m u m o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e o f j u n c t i o n C f j m ) c = 1 5 0 " C M a x i m u m a m b i e n t t e m p e r a t u r e e r a ) = 3 0 o c ( T . J m - - T a ) = ( R o 1 c + R o e s I R o , , ) X P d ( 1 5 0 - 3 0 ) = ( 1 . 2 + 0 . 2 4 + 0 . 1 2 5 / A ) X 2 0 A = 0 . 0 2 7 4 m 2 = 2 7 4 . 0 0 c m 2 T h e r e f o r e I l e a l s i n k a r e a s h o u l d b e m o r e t h a n t h e 2 7 4 . 0 0 c m 2 S e l e c t e d H e a t s i n k h a s a r e a o r 6 6 7 c m 2 T h e n o p c r a t i n g j u n c t i o n t e m p e r a t u r e cl~jo ( " I j o - T a ) = ( R o 1 e - f R o e s + R n s n ) X P d ( l j o - 3 0 ) = ( 1 . 2 + 0 . 2 4 + 0 . I 2 5 / 0 . 0 6 6 7 ) X 2 0 " l j o ~ 9 6 . 2 8 " C 5 4 0 3 V e e V a l H 1 H I H o i H I N 2 V • l H I H 3 L I H I C J Vo2~ L I H e ( Y ) H o 2 . . . - ! { \ J V . J ! 0 : : : : Va3~c;, I C i \ 1 ] t - i H o l C l \ V l 3 R l > ' I l l I v . . R l ! V • a U l l r t t t ( ' L 0 2 I I I I I R l 3 < ' C P . I G B T I - 6 - I R G 4 P C 3 0 K D R l - 9 . 0 k ! 1 , I W R 2 , R 3 - I k ! 1 , 1 W R 4 - 5 0 Q T r i m m e r t y p e R S R s , R 6 - J o n , t w R I O . R l l , R l 2 , R l 3 , R l 4 , R l 5 - 1 0 0 0 , l W R 7 , R 8 , R 9 - 4 7 0 , I W R S - . 1 ! 1 , 1 6 W D O , . . , D 6 - 1 0 D F 6 , U l t r a f a s t r e c o v e r y d i o d e C I , C 3 , C 4 , C 5 - 0 . 1 ~tF,50V, C e r a m i c c a p a c i t o r C 2 - l n F , 5 0 V , C e r a m i c c a p a c i t o r I D t l ~W'!aT'II ~;\~ R U ! t w - @ m " A l S A A A F i g u r e 5 . 4 - C i r c u i t d i a g r a m o f I G B T d r i v e r & I G B T P o w e r m o d u l e 5 5 V + I P h a s e . > A ~ 1 . - - " " P h a s e . > B ~ P h n s o C 1 3 T 6 I v - C H A P T E R 6 R e s u l t s O u t p u t V o l t a g e s G e n e r a t e d b y P W M . . - 1 1 0 : : I a . E - 0 1 0 0 ' # . _ . Q ) 0 . ! ! ! 9 0 0 > - : : I 8 0 a . - : : I 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 . . I X 1\ X 1\ X r \ X r \ X i \ _ J J - P h a s e - 1 P h a s e - 2 - P h a s e - 3 1 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 0 3 0 0 3 3 0 3 6 0 3 9 0 4 2 0 4 5 0 4 8 0 5 1 0 5 4 0 5 7 0 6 0 0 6 3 0 6 6 0 6 9 0 7 2 0 P h a s e A z V t e ( D e g . ) 5 6 r- IJ l - . . . J Te m pe ra tu re V s B lo w er S pe ed ~ 12 00 . ;:) 3- c - 10 00 - - - - - - - - - - - - - - ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 80 0 ~ ~ - - - - - - - - - - - - - - . /. 60 0 - - 40 0 _ :_ / L - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20 0 - - - - - 0 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Te m pe ra tu re (C ) ()1 (!) 0 10 ~:.. ()' C/J 0 I'J -1-'- ~ 0\ C/J 1',) 0 10 I'..J 10 ~ 10 0\ I'J C/J '~J 0 GJ !J =! GJ 3 ~ ct> 3 GJ 0\ :J '---" (f) ct> ::j ct> 3 -o ct> ..., lU ...... c ..., ct> N N .j:>. (,.) Room temperature (C) ;;o 0 0 3 .., CD 3 ('[) .., ru .... c .., co < (/) -1 -· 3 ('[) C I I A P T E R 7 C o n c l u s i o n a n d F u t u r e D e v e l o p m e n t s 7 . 1 C o n c l u s i o n C o n s t d e r i n g a l l t h e a b o v e r e s e a r c h w o r k a n d t h e r e s u l t s o b t a i n e d , i t c a n b e c o n c l u d e d a s f o l l o w s . A f t e r p o w e r e l e c t r o n i c s s t a r t t o p a y a b i g r o l e i n t h e i n d u s t r y , V S D b e c o m e m u c h p o p u l a r i n s p e e d c o n t r o l o f I n d u c t i o n m a c h i n e s . S e v e r a l a d v a n c e d c o n t r o l l i n g t e c h n i q u e s h a v e b e e n i n t r o d u c e d a n d e m p l o y e d , e s p e c i a l l y f o r t h r e e p h a s e i n d u c t i o n m a c h i n e s d u r i n g l a s t f e w d e c a d e s a t l e r r a p i d i n v e n t i o n s i n p o w e r e l e c t r o n i c s . V a r i a b l e S p e e d D r i v e c o n s t r u c t e d b y t h i s p r o j e c t w i t h P I C 1 8 F 4 4 3 1 w h i c h i s d e d i c a t e d f o r m o t o r c o n t r o l a p p l i c a t i o n s . S o f t w a r e p r o g r a m g e n e r a t e s P W M o u t p u t s t o c r e a t e r e q u i r e d v o l t a g e w a v e f o r m s a n d f r e q u e n c y a t o u t p u t s o f t h e I G B T p o w e r m o d u l e . O u t p u t v o l t a g e a n d f r e q u e n c y c a n b e s e t b y v a r y i n g t h e p o t e n t i o m e t e r p o s i t i o n . I n s t a n t o f p o t e n t i o m e t e r f o r m o f t e m p e r a t u r e c o n t r o l l e r c a n b e u s e d t o v a r y o u t p u t v o l t a g e a n d f r e q u e n c y . 7 . 2 V / f C o n t r o l w i t h V e l o c i t y F e e d b a c k a n d C u r r e n t F e e d b a c k I n o p e n - l o o p V / f c o n t r o l , t h e r o t o r i s a s s u m e d t o f o l l o w t h e r o t a t i n g f l u x g e n e r a t e d i n t h e s t a t o r , w i t h a c e r t a i n d e g r e e o f s l i p p r e s e n t d e p e n d i n g u p o n t h e l o a d . I n m a n y a p p l i c a t i o n s , t h e l o a d c a n v a r y w i d e l y a n d t h e r e s u l t i n g m o t o r s p e e d w i l l v a r y a c c o r d i n g l y . T o i m p r o v e s p e e d c o n t r o l , a f ( m n o f s p e e d f e e d b a c k c a n b e a d d e d . 5 9 . . . J \ S l l l l p l e i m p l e m e n t a t i o n o r c l o s e d - l o o p s p e e d c o n t r o l i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 7 . 1 T h e r e l ' c r c n c e s p e e d i s s t i l l s e t b y a p o t e n t i o m e t e r o r a n y o t h e r c o n t r o l l e r , a s a b o v e . l l o w e v e r , l l l s t e a d o r d i r e c t l y u s i n g t h e r e f e r e n c e s p e e d t o d e t e r m i n e t h e d r i v e f i · e q u e n c y , i t i s c o m p a r e d t o t h e a c t u a l m o t o r s p e e d t o g e n e r a t e a s p e e d e r r o r s i g n a l . A c t u a l m o t o r s p e e d i s e s t a b l i s h e d b y a s p e e d m e a s u r e m e n t w i t h a t a c h o m e t e r s i g n a l . T h e s p e e d e r r o r s i g n a l i s t h e n u s e d a s a n i n p u t t o a P r o p o r t i o n a l - I n t e g r a l ( P I ) c o n t r o l l e r , w h i c h d e t e r m i n e s t h e d e s i r e d d r i v e f r e q u e n c y t o t h e m o t o r w i n d i n g s . T h e s t a n d a r d V / 1 ' p r o c e s s d e t e r m i n e s t h e a m p l i t u d e o f t h e d r i v e w a v c l < . m n . T h e d r i v e f r e q u e n c y a n d a m p l i t u d e a r c t h e n u s e d t o u p d a t e t h e P W M d u t y c y c l e s o f t h e s i x P W M c h a n n e l s t h a t d r i v e t h e t h r e e - p h a s e b r i d g e . C u r r e n t I C e d b a c k m a y a l s o b e u s e d c o n c u r r e n t l y w i t h v e l o c i t y f e e d b a c k . S p e P d F~efPmr1ce , . . . . . ( ' ~·-·~~· - - - - - - - - ·~···· ~- S p e e d - · . . ~ · · · · - · - - 3 - P h a s e Erro~ . . . . I P . I C o n t r o l l · e · r l ~ . . . r / f Fun-:J~~~p l n . . v e r t e r -~~- ~ . . . ( A . C I M · f : · I J : : J l B r i d g e --~-- i 1 sreedF""""~ . • • . . . _ J ~.,o,u;l ~·· . ~ ~ · - r ~- · ~culatlon F i g u r e 7 . 1 - · B l o c k d i a g r a m o f V S D w i t h I c e d b a c k c o n t r o l 6 0 7 . 3 A d d i t i o n a l f e a t u r e s f o r V S D 1 : o l l o w i n g f e a t u r e s c a n b e i n c l u d e d i n t o t h e f i r m w a r e a n d s o f t w a r e K e y a c t i v i t y ! ' h e m a i n l o o p c o n t i n u o u s l y c h e c k s k e y a c t i v i t y w h i c h i s h a n d l e d b y t h e k e y s e r v i c e r o u t i n e . T w o p u s h b u t t o n s w i t c h e s t o g g l e t h e m o t o r b e t w e e n R u n a n d S t o p s t a t e s a n d f o r w a r d a n d r e v e r s e d i r e c t i o n . W h e n s w i t c h i n g d i r e c t i o n s , t h e m o t o r i s f i r s t a l l o w e d t o c o a s t f r o m i t s p r e s e n t a n g u l a r v e l o c i t y t o z e r o a n d t h e n a c c e l e r a t e d t o t h e r e f e r e n c e s p e e d i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n . T h i s c o n t r o l l e d m a n n e r o f c h a n g i n g d i r e c t i o n s p r e v e n t s h i g h - c u r r e n t t r a n s i c n l s t h a t c o u l d c a u s e a f a u l t . F a u l t S i g n a l s M o n i t o r i n g l ' h r c c f a u l t s i g n a l s c a n b e m o n i t o r e d : o v e r c u r r e n t , o v c r v o l t a g c a n d o v e r t e m p e r a t u r e . T h e o v e r c u r r c n t a n d o v e r v o l t a g c f a u l t s u s e t h e h a r d w a r e f a u l t i n p u t s t o d i r e c t l y i n h i b i t t h e J > C P W M o u t p u t s o n a c y c l e - b y - c y c l e b a s i s . O v e r C u r r e n t f a u l t A s h u n t r e s i s t o r i n t h e n e g a t i v e D C b u s g i v e s a v o l t a g e p r o p o r t i o n a l t o t h e c u r r e n t f l o w i n g t h r o u g h t h e t h r e e m o t o r p h a s e s . T h i s v o l t a g e i s a m p l i f i e d a n d c o m p a r e d w i t h a r e f e r e n c e s t g n a l u s i n g a n e x t e r n a l c o m p a r a t o r . I f t h e D C b u s c u r r e n t s i g n a l e x c e e d s t h e r e f e r e n c e l e v e l , t h e t a u l t i n p u t p i n i s d r i v e n l o w , i n d i c a t i n g a n o v e r c u r r e n t f a u l t . F a u l t i s i n d i c a t e d b y b l i n k i n g L E D . 6 1 O v e r V o l t a g e f a u l t T h e D C b u s v o l t a g e i s a t t e n u a t e d u s i n g a v o l t a g e d i v i d e r a n d c o m p a r e d w i t h a f i x e d r c f C r c n c e s i g n a l u s i n g a n e x t e r n a l c o m p a r a t o r . T h e f a u l t i n p u t p i n i s u s e d t o m o n i t o r t h e o v e r v o l t a g e c o n d i t i o n . F a u l t i s i n d i c a t e d b y b l i n k i n g L E D . O v e r Tcmpt~rature f a u l t T h e I ( I B T p o w e r m o d u l e c a n h a v e a N e g a t i v e T e m p e r a t u r e C o e f f i c i e n t ( N T C ) t h e r m a l s e n s o r t h a t m o n i t o r s t h e j u n c t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e I G B T s . T h i s N T C c a n b e c o n n e c t e d t o a n a l o g i n p u t t h r o u g h a n a n a l o g o p t o c o u p l e r a n d i s c o n t i n u o u s l y m e a s u r e d t h e j u n c t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e I G l 3 T s . I f i t e x c e e d s r e f e r e n c e v a l u e , o v e r t e m p e r a t u r e f a u l t i s i n d i c a t e d b y b l i n k i n g L E D 7 . 4 P a y b a c k p e r i o d f o r V S D C o s t o f l~lectronic I t e m s C o s t o f E l e c t r i c a l I t e m s = R s 7 , 5 0 0 . 0 0 = R s 2 , 0 0 0 . 0 0 C o s t o f c a s i n g , ! I c a t s i n k c c t . = R s I , 5 0 0 . 0 0 N o o f l a b o u r h o u r s f o r a s s e m b l i n g a n d t e s t i n g o f V S D . , . . , 2 0 h r . T h e r e f o r e c o s t o f l a b o u r ( ) t h c r o v e r h e a d s c o s t T o t a l c o s t o f V S D l 3 v c o n s i d e r i n g 2 0 % p r o f i t V a l u e o f V S D ~ 2 0 X 2 0 0 . 0 0 t - R s . 4 , 0 0 0 . 0 0 = R s 3 , 0 0 0 . 0 0 = 1 8 , 0 0 0 . 0 0 ~~ 3 , 6 0 0 . 0 0 = 2 I , 6 0 0 . 0 0 6 2 . . . S i m p l e P a y b a c l { p e r i o d B y c o n s i d e r i n g V S D w i l l b e i n s t a l l e d t < x b l o w e r m o t o r o f p a c k a g e a i r c o n d i t i o n e r h a v i n g c o o l i n g c a p a c i t y 5 0 k W , i t w i l l s a v e t h e m i n i m u m o f 5 ' % o f t o t a l e l e c t r i c a l c o n s u m p t i o n . A p p r o x i m a t e E l e c t r i c a l e n e r g y s a v i n g p e r h o u r = 1 5 k W / h r X 0 . 0 5 = 0 . 7 5 k W / h r E l e c t r i c a l e n e r g y s a v i n g p e r d a y , b y c o n s i d e r i n g 6 h o u r s o p e r a t i o n = . 0 . 7 5 X 6 = 4 . 5 k W / h r C o s t o f s a v i n g p e r d a y = 4 . 5 X 1 1 . 9 0 = R s . 5 3 . 5 5 ! U n i t c o s t o f E l e c t r i c i t y i s R s . 1 1 . 9 0 ( I k W / h r = R s . 1 1 . 9 0 ) ] S i m p l e p a y b a c k p e r i o d = 2 1 , 6 0 0 . 0 0 / 5 3 . 5 5 = 4 0 4 d a y s 6 3 R e f e r e n c e s : 1 1 1 R i c h a r d V a l a n t i n e , " M o t o r C o n t r o l E l e c t r o n i c s H a n d b o o k " , 1 9 9 8 , I S B N 0 - 0 7 - 0 6 6 8 1 0 - 8 1 2 ] D a v i d B e n s i o n , " P I C M i c r o C o n t r o l l e r A p p l i c a t i o n G u i d e " , V e r s i o n 2 . 0 ! J I J o h n B . P e a t m a n " D e s i g n w i t h P I C M i c r o c o n t r o l l e r s ' ' , I S B N 8 1 - 7 8 0 5 - 5 0 8 - 9 1 4 1 S a n a t h A l a h a k o o n , " D i g i t a l M o t i o n C o n t r o l T e c h n i q u e s f o r E l e c t r i c a l D r i v e s " , I S B N - 9 1 - 7 1 7 0 - 5 5 5 - 4 ! 5 1 N e d M o o h a n , T o r e M . U n d e l a n d , W i l l i a m P . R o b b i n s " P o w e r E l e c t r o n i c s " S e c o n d E d i t i o n [ 6 1 l n t e m a t i o n l Rectii~er, " M o t o r D r i v e C o n t r o l I C D e s i g n e r ' s M a n u a l " 1 7 1 V . R . M o o r t h i " P o w e r E l e c t r o n i c s D e v i c e s , C i r c u i t s a n d I n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s " , I S B N - 1 0 - 0 - 1 9 - 5 6 7 0 9 2 - 2 I X ] A s h f a q A h m e d , " P o w e r E l e c t r o n i c s f o r T e c h n o l o g y " ' , I S B N 8 1 - 2 9 7 - 0 2 0 8 - 8 ] 9 J R . K r i s h n a , " E l e c t r i c M o t o r D r i v e s M o d e l i n g , A n a l y s i s a n d C o n t r o l " I S B N 8 1 - 2 9 7 - 0 1 3 9 - 1 6 4 A p p e n d i x A S o f t w a r e P r o g r a m f o r M i c r o C o n t r o l l e r * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * i n c l u d e i n c l u d e < p i 8 f 4 4 3 , 1 . i n c > < A A i n c > * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * C O \ ' W \ G _ C O N F \ G \ H , \ J x \ J 2 C O N F I G _ C O N F I G 2 L , O x O C C O N F I G _ C O N F I G 2 I - I , O x 3 E C O N F I G _ C O N F J G J L , O x 3 C ! I J \ G S h i t s : ! d e f i n e T I M E R O O V F L A G O : d e f i n e O F F S E T ! F L A G l . : J c f i n e O F F S E T 2 F L A G 2 : d e f i n e O F F S E T 3 F L A G 3 1 d c f i n c R U N 4 l d c f i n c S T O P 5 ' d c f l n c F R E Q U P D A T E 6 ' " c y s p a r a m e t e r s i d e l l n c K E Y P O R T P O R T O r J e f i n e R U N S T O P K E Y 7 I · D p a r a m e t e r s 1 d c J i n e L E D P O R T P O R T O t d c f i n c R U N S T O P L E D 0 I > u t v c y c l e l i m i t d e f i n i t i o n , t d c f " i n e M I N I - 1 D U T Y C Y C L E - - r d c f i n e M I N L D U T Y C Y C L E O x O O O x 3 C * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 1 \ ; \ M l o c a t i o n s i n A c c e s s h a n k , i n i t i a l i z e d * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * l I D A T A A C S I J \ L 3 L E O F F S E T ! I ; \ B L E O F F S E T 2 ! 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N I T I N T E R R U P T S 6 6 l * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * M A J N L O O P * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * M A I N L O O P b t t s s F L A G S , T I M E R O _ O V _ F L A G b r a b y p a s s c a l l U P D A T E P W M D U T Y C Y C L E S · - - - c a l l U P D A T E T A B L E O F F S E T - - b c f F L A G S , T I M E R O _ O V F L A G b y p a s s b t 1 s c c a l l b t f s s b s f c a l l c a l l F L A G S I , F R E Q _ _ U P D A T E C A L C U L A T E T I M E R O R E L O A D b r a -~ - A D C O N O , G O A D C O N O , G O K E Y C H E C K K E Y P R E S S E D M A I N L O O P * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * I N T E R R U P T S E R V I C E R O U T I N E S * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * I S R H I G H b t f s c I N T C O N , T M R O I F b r a R E T F I E T I M E R O O V E R F L O W F A S T T I M E R O O V E R F L O W m o v f f F R E Q _ R E F _ H , T M R O H r n o v f f F R E Q _ R E F _ L , T M R O L b s f F L A G S , T I M E R O _ O V _ F L A G b c f I N T C O N , T M R O I F R E T F I E F A S T * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * L o w p r i o r i t y i n t e r r u p t s e r v i c e r o u t i n e * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * I S R L O W b t f s c P I R 1 , A D I F b r a R E A D A D C R E S U L T S R E T F I E F A S T 6 7 . . R E A D A D C R E S U L T S - - ~ m o v f f A D R E S H , F R E Q U E N C Y m o v l w O x 3 0 c p f s g t F R E Q U E N C Y m o v w f F R E Q U E N C Y m o v l w O x F O c p f s l t F R E Q U E N C Y m o v w f F R E Q U E N C Y b s f F L A G S I , FREQ~ U P D A T E b c f P I R I , A D I F R E T F I E F A S T * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * U P D A T E P W M D U T Y C Y C L E S ~ ~ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * U P D A T E P W M D U T Y C Y C L E S ~ ~ m o v f T A B L E _ O F F S E T I , W m o v f P L U S W O , W m u l w f F R E Q U E N C Y , W m o v f f PRODJ-l,PDCOH~TEMP m o v f f PRODL,PDCOL~_TEMP U P D A T E P W M 2 m o v f TABLE~ O F F S E T 2 , W m o v f P L U S W O , W m u l w f F R E Q U E N C Y , W m o v f f P R O D H , P D C I H _ _ T E M P m o v t T P R O D L , P D C l L _ J E M P U P D A T E P W M 3 m o v f T A B L E _ O F F S E T J , W m o v f P L U S W O , W m u l w f F R E Q U E N C Y , W m o v f f P R O D H , P D C 2 H ~TEMP m o v f f PRODL,PDC2L~TEMP T R U N C A T E P W M I 2 3 b c f S T A T U S , C r l c f P D C O L ~TEMP,F r l c f P D C O I - I _ T E M P , F r l c f P D C O L _ T E M P , F 6 8 • r l c f P D C O H _ T E M P , F r l c f PDCOL~TEMP,W a n d l w O x 3 m o v f T PDCOI-I~TEMP,PDCOL ~TEMP m o v w f P D C O I I T E M P b c f S T A T U S , C r l c f P D C I I , _ T E M P , F r i e l ' P D C 1 1 - l _ T E M P , F r l c f PDCIL~TEMP,F r l c f P D C I l l T E M P , F r l c f P D C 1 L _ T E M P , W a n d h v O x 3 m o v i T P D C I I - 1 T E M P , P D C I L _ T E M P m o v w f P D C I l l T E M P b c f S T A T U S , C r l c f P D C 2 L T E M P , F r l c f P D C 2 H _ T E M P , F r l c f P D C 2 L T E M P , F r l c f P D C 2 1 1 T E M P , F r l c f PDC2L~ T E M P , W a n d l w O x 3 m o v f f P D C 2 H T E M P , P D C 2 L T E M P m o v w f P D C 2 1 - l T E M P c a l l C H E C K L I M I T S b s f P W M C O N I , U D I S m o v f f PDCOL_~rEMP,PDCOL m o v f f P D C O H _ T E M P , P D C O H m o v f f P D C I L _ T E M P , P D C 1 L m o v f f P D C I I I T E M P , P D C l 1 - 1 m o v l T P D C 2 L T E M P , P D C J L m o v t T P D C 2 H _ _ T E M P , P D C 3 1 - l b c f P W M C O N I , U D I S r e t u r n * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * T A B U : O F F S E T * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * U P D A T E T A B L E O F F S E T - - - - b t f s s F L A G S . 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N I T H S A D C m o v l w b ' O O O O O O O O ' m o v w f A D C O N I 7 3 m o v l w b ' O O I I 0 0 I 0 ' m o v w f A D C O N 2 m o v l w b ' O O O O O O O O ' m o v w f A D C O N 3 m o v l w b ' I I O O I I I I ' m o v w f A D C I I S m o v l w b ' O O O O O O I 0 ' m o v w f A N S E L O m o v l w b ' O O O O O O 1 0 ' m o v w f T R I S A m o v l w b ' O O O O O I 0 I ' m o v w f A D C O N O r e t u r n * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * I n i t i a l i z e P C P W M * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ! 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N I T M O T O R S T A R T m o v l w O x 0 9 m o v w f T A B L E O F F S E T I b s f F L A G S , O F F S E T l _ F L A G m o v l w 0 x 0 3 m o v w f T A B L E O F F S E T 2 b c f F L A G S , O F F S E T 2 _ F L A G m o v l w O x O F m o v w f T A B L E O F F S E T J b c f F L A G S , O F F S E T J _ F L A G b s f P O R T C , O b r a C O N T ! N I T M O T C O N T ! N I T M O T m o v l w O x 3 0 m o v w f F R E Q U E N C Y m o v l w O x F D m o v w f F R E Q _ R E F _ I I m o v w f T M R O H m o v l w O x 2 C m o v w f T M R O L m o v w f F R E Q _ R E F _ L b s f F L A G S , T I M E R O _ O V F L A G r e t u r n * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * C O P Y T A B L E T O R A M * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * C O P Y T A B L E T O R A M - - - - - m o v l w U P P E R s i n e t a b l e m o v w f ' f ' B L P T R U m o v l w H I G H s i n e t a b l e m o v w f T B L P ' r H J I m o v l w L O W s i n e t a b l e m o v w f T I 3 L P T R L m o v l w L O W ( S I N E T A B L E ) m o v w f F S R O L m o v l w I I I G I I ( S I N E T A B L E ) m o v w f F S R O I I m o v l w O x 1 4 m o v w f T E M J > 7 6 i l < W Y A G A I N T B L R D * + m o v f f T A B L A T , P O S T I N C O d c c f s z T E M P , F b r a C O P Y A G A I N m o v l w L O W ( S I N E _ T A B L E ) m o v w f F S R O L m o v l w I - I I G I - l ( S I N E T A B L E ) m o v w f F S R O I I r e t u r n ' * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * S I N E T A B L E • * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ; 1 \ B L E c o d e O x 0 6 0 0 . J n c t a b l e · l x 0 0 , 0 x 0 2 , 0 x 0 8 , 0 x I I , O x I E , O x 2 E , O x 4 0 , 0 x 5 4 , 0 x 6 9 , 0 x 8 0 , 0 x 9 6 , 0 x A B , O x B F , O x D I , O x E I J ) x E E · h : F 7 , 0 x F D , O x F F ' * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * E N D 7 7 F i l e A A . i n c * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * O s c i l l a t o r f r e q u e n c y ! / d e f i n e O S C I L L A T O R d ' 2 0 0 0 0 0 0 0 ' * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * T i m c r O p r c s c a l c r ; : 1 d c l l n c T I M E R O P R E S C A L E d ' l 6 ' • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • l ' h c s a m p l i n g f r e q u e n c y ' i d c f i n c S I N E T A B L E E N T R I E S d ' 3 7 ' - - * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ' * * * S A M P L E S _ P E R _ _ C Y C L E = ( S I N E _ _ T A B L E _ E N T R I E S - l ) * d ' 2 ' I N S T R U C T I O N _ C Y C L E = ( O S C I L L A T O R ) / d ' 4 ' I R U ) U E N C Y _ _ S C A L E = 1 I N S T R U C T I O N _ C Y C L E / S A M P L E S _ P E T { _ C Y C L E ) / ( T I M E R O _ P R E S C A L E / 4 ) I i m c r p r c s c a l c / 4 i s d o n e t o c o m p e n s a t e A D C m u l t i p l i c a t i o n f a c t o r o f 4 t o t h e f r e q u e n c y ) " * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * P \ V M f r e c 1 u e n c y d e f i n i t i o n : d c l l n c P W M _ F R E Q U E N C Y d ' 5 0 0 0 ' M···························~·············································· 7 8 I I F i l e : 1 8 f 4 4 3 l . l k r / I S a m p l e l i n k e r s c r i p t f o r t h e P I C 1 8 F 4 4 3 1 p r o c e s s o r L I B P A T H . C O D E P A C ) E N A M E = v c c t o r s S T A R T = O x O C O D E P A G E N A M E = p a g e · S T A R T = O x 2 A C O D E P A G E N A M E = i d l o c s S T A R T = O x 2 0 0 0 0 0 C O D E P A G E N A M E = c o n f i g S T A R T = O x 3 0 0 0 0 0 P R O T E C T E D E N D = O x 2 9 P R O T E C T E D E N D = O x 3 F F F E N D = O x 2 0 0 0 0 7 P R O T E C T E D E N D = O x 3 0 0 0 0 0 C O D E P A G E N A M E = d e v i d S T A R T = O x 3 F F F F E E N D = O x 3 F F F F F P R O T E C T E D C O D E P A G E N A M E = c e d a t a S T A R T = O x F O O O O O E N D = O x F O O O F F P R O T E C T E D A C C E S S B A N K N A M E = a c c e s s r a m S T A R T = , O x O D A T A B A N K N A M E = g p r O S T A R T = - - = O x 6 0 D A T A B A N K N A M E = g p r l S T A R T = O x l O O D A T A B A N K N A M E = g p r 2 S T A R T = O x 2 0 0 A C C E S S B A N K N A M E = a c c e s s s f r S T A R T = O x F 6 0 S E C T I O N NAME=~CONFIG R O M = c o n f i g 7 9 E N D = O x 5 F E N D = O x F F E N D = O x l F F E N D = O x 2 F F E N D = = O x F F F P R O T E C T E D P I C 1 8 F 2 3 3 1 / 2 4 3 1 / 4 3 3 1 / 4 4 3 1 A p p e n d i x B P i n D i a g r a m s ·---~---- - - - - - - · --------~----~-----------....---..---~~~--------~--------------· -----------·-----~------------ 2 8 - P i n S D I P , S O I C M C L R N r r / R E 3 - - - - R A O / A N O < " \ ' - [~ R A 1 / A N 1 _ _ , . R A 2 / A N 2 N R E F - / C A P 1 / I N D X · - [~ R A 3 / A N 3 N R E F + / C A P 2 / Q E A •~-~-,. ~ R A 4 / A N 4 / C A P 3 / Q E B _ _ _ _ , . [ : : 6 A V D D - - - - [ : : : : 7 A V s s _ _ _ _ . , . [ _ 8 O S C 1 / C L I < I I R A 7 [~ 9 u O S C 2 / C L K O / R A 6 L - : : : 1 0 0 : R C O f T 1 O S O { f 1 C K I • ~ - - - . . . [~ 1 1 R C i f T 1 0 S I / C C P 2 i f L T A _ _ _ _ . . . L 1 2 R C 2 / C C P 1 / F L T B [ _ 1 3 R C 3 f T O C I < I f T ! i C I < I I I N T O • - - - - [ _ 1 4 N o t e 1 : L o w - v o l t a g e p r o g r a m m i n g m u s t b e e n a b l e d . 4 0 - P i n P D I P . . . _ . _ _ _ _ _ . , . R 8 7 / K B I 3 / P G D R B 6 / K B I 2 / P G C . . . - . - , . R B 5 1 1 < B I 1 / P W M 4 / P G M I 1 l - - R B 4 / K B I O / P W M 5 R B 3 / P W M 3 R B 2 / P W M 2 R B 1 / P W M 1 _ _ , • - ~-,. R B O / P W M O 2 0 : : J • - - - V o o 1 9 - : : : 1 • - - - - - V s s 1 8 - - : 1 - - - - - . . . R C T / R X / D T / S D O 1 7 - l _ _ _ _ , . R C 6 f T X / C I < i S S 1 6 ] R C ! i / I N T 2 / S C K / S C L 1 5 : : J •---~~---,. R C 4 / I N T 1 / S O I / S D A M C l R N P P / R E 3 _ _ _ _ _ _ , . _ [ -c~T- - 4 0 _ j •-~-.- R B 7 / K B I 3 / P G D R A O / A N O _ , _ R A 1 / A N 1 _ _ _ _ . . . R A 2 / A N 2 N R E F - / C A P 1 / I N D X -~-­ R A 3 / A N 3 N R E F + / C A P 2 / Q E A R A 4 / A N 4 / C A P 3 / Q E B - - - R A 5 1 A N 5 / L V D I N - - R E O / A N 6 R E 1 / / \ N 7 R E 2 / A N 8 1 \ V o o A V s s O S C 1 / C L K I I R A 7 O S C 2 / C L I < O i R A 6 R C O f T 1 O S O / T 1 C K I R C 1 f T 1 O S I / C C P 2 / F L T A R C 2 / C C P 1 / F L T B R C 3 f T O C K I ( 1 ) f T 5 C K I ( 1 ) / I N T O _ _ _ _ _ . . . R D O / T O C K I / T 5 C I < I · - R D I / S D O 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 -~- ~ . . - ~ . . - M ~ u . C C I . . - u i i : 3 9 J . . _ _ . . . R B 6 / K B I 2 / P G C 3 8 - _ , _ _ _ _ R B 5 / K B I 1 / P W M 4 / P G M I 2 ) 3 7 • - - · , . R B 4 / K B I O / P W M 5 3 6 - - - - R B 3 / P W M 3 3 5 - - R B 2 / P W M 2 3 4 J _ , . R B 1 / P W M 1 3 3 . _ - - - - R B O / P W M O 3 2 J • - - V o o 3 1 : : J • - - - V s s 3 0 ] • - - - - - R D 7 / P W M 7 2 9 • - _ _ _ _ _ _ . . _ R D 6 / P W M 6 2 8 • · - - - - . . . R 0 5 / P W M 4 1 4 l 2 7 J • - - - - - - R D 4 / F L T A 1 3 l 2 8 . . , _ _ _ _ _ _ , . _ R C 7 / R X / D T I S D O I 1 l 2 5 _ . . . R C 6 / T X / C K / S S 2 4 J • - · - - , . _ R C 5 / I N T 2 / S C K ( 1 ) / S C L I 1 l 2 3 • - - R C 4 / I N T 1 / S O I I 1 l t S D A 1 1 l 2 2 _ _ _ _ _ _ . . R D 3 / S C K / S C L 2 1 l _ , _ _ _ _ R D 2 / S D I / S D A Not~ I : R C 3 i s t h e a l t e r n a t e p i n f o r T O C K I / T 5 C K I ; R C 4 i s t h e a l l e r n a t e p i n f o r S D I ! 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VP~' R E J O S C 1 / C L K I / R A 7 O S C 1 C L I \ 1 1 3 3 0 I 3 2 p I S T S T S T M a s t e r C l e a r ( R e s e t ) i n p u t . T h i s p i n i s a n a c t i v e - l o w R e s e t t o t h e d e v i c e . P r o g r a m m i n g v o l t a g e i n p u t . D i g i t a l i n p u t . A v a i l a b l e o n l y w h e n M C L R i s d i s a b l e d . O s c i l l a t o r c r y s t a l o r e x t e r n a l c l o c k i n p u t . O s c i l l a t o r c r y s t a l i n p u t o r e x t e r n a l c l o c k s o u r c e i n p u t . S T b u f f e r w h e n c o n f i g u r e d i n R C m o d e . C M O S o t h e r w i s e . I I C M O S I E x t e r n a l c l o c k s o u r c e i n p u t . A l w a y s a s s o c i a t e d w i t h p i n 1 / 0 T T L , F \ A 7 I . O S C 2 / C L K O / R A 6 f u n c t i o n O S C 1 . ( S e e r e l a t e d O S C 1 / C L K I . O S C 2 / C L K O p i n s . ) G e n e r a l p u r p o s e 1 / 0 p i n . t 4 - r - 3 - 1 - - t - 3 f 1 - - - - - 1 - · - - - - - l o s c i l l a l o r C : i - Y - S i a f - o r c T o c k o u t J ; - u t . - - - - - - - - · - - - O S C 2 C L I < O R A G 1 - \ / \ 0 / A N D R A O A N D - ! - - 2 1 9 R A 1 / A N 1 I 3 I 2 0 R / \ 1 A N 1 I - \ A 2 / A N 2 1 V R E F - / C A P 1 / I 4 I 2 1 I N D X R / \ 2 / \ N 2 V F < E F - C / \ P 1 I N D X i R / \ 3 / / \ N 3 1 V r < E F + / I C / \ P 2 / Q E A 1 - \ / \ 3 A N 3 V F < E F + C A P 2 Q E A 5 2 2 I - \ / \ 4 / A N 4 / C / \ P 3 / Q E B I 6 I 2 3 R A 4 A N 4 C A P 3 Q E B f \ / \ 5 / / \ N 5 / L V D I N I 7 I 2 4 R A 5 A N 5 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 0 0 O s c i l l a t o r c r y s t a l o u t p u t . C o n n e c t s t o c r y s t a l o r r e s o n a t o r i n C 1 y s t a l O s c i l l a t o r m o d e . I n R C m o d e , O S C 2 p i n o u t p u t s C L I < O . w h i c h h a s 1 / 4 t h e f r e q u e n c y o f O S C 1 a n d d e n o t e s t h e i n s t r u c t i o n c y c l e r a t e . 1 / 0 1 T T L j G e n e r a l p u r p o s e 1 / 0 p i n . - - - - - ---~-----------------··--------·- ------------~---- - - - - - - - - - - - P O R T A i s a b i d i r e c t i o n a l 1 / 0 p o r t . 1 / 0 T T L I D i g i t a l I / O . I A n a l o g A n a l o g i n p u t 0 . I 1 1 0 T T L I D i g i t a l I / O . I A n a l o g A n a l o g i n p u t 1 . I 1 / 0 T T L D i g i t a l I / O . I A n a l o g A n a l o g i n p u t 2 . I A n a l o g N O R e f e r e n c e V o l t a g e ( L o w ) i n p u t . I S T I n p u t c a p t u r e p i n 1 . I S T Q u a d r a t u r e E n c o d e r I n t e r f a c e i n d e x i n p u t p i n . I 1 / 0 T T L D i g i t a l I / O . I A n a l o g A n a l o g i n p u t 3 . I A n a l o g N D R e f e r e n c e V o l t a g e ( H i g h ) i n p u t . I S T I n p u t c a p t u r e p i n 2 . I S T Q u a d r a t u r e E n c o d e r I n t e r f a c e c h a n n e l A i n p u t p i n . I 1 / 0 T T L D i g i t a l 1 / 0 . I A n a l o g A n a l o g i n p u l 4 . I S T I n p u t c a p t u r e p i n 3 . I S T Q u a d r a t u r e E n c o d e r l n t e 1 i a c e c h a n n e l B i n p u t p i n . I I A n a l o g A n a l o g i n p u t 5 . L V D I N 1 / 0 ~~TTL l D i g i t a l l / 0 . I A n a l o g L o w - v o l t a g e D e l e d i n p u t . _ _ _ _ _ _ _ _ L . _ _ _ _ _ L _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - L e g e n d : T T L S T 0 O D = T T L c o m p a t i b l e i n p u t = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w i t h C M O S l e v e l s = O u t p u t = O p e n - D r a m ( n o d i o d e t o V o o ) X I C M O S = C M O S c o m p a t i b l e i n p u t o r o u t p u t I = I n p u t P = P o w e r -P I C 1 8 F 2 3 3 1 / 2 4 3 1 / 4 3 3 1 / 4 4 3 1 T A B L E 1 - 3 : P I C 1 8 F 4 3 3 1 / 4 4 3 1 P I N O U T 1 / 0 D E S C R I P T I O N S ( C O N T I N U E D ) i ~~ -~~~--~----~ ~~-~~~~~-----~~-~ ~-- r - · ~- · - - - - P i n N u m b e r P i n B u f f e r : P i n N a m e - - D e s c r i p t i o n D I P T Q F P Q F N T y p e T y p e ~-- ~ t--~ - - r-~- ~ P O R T E i s a b i d i r e c t i o n a l 1 / 0 port~ R E O / A N 6 8 2 5 2 5 R E O 1 / 0 S T D i g i t a l I / O . A N 6 I A n a l o g A n a l o g i n p u t 6 . R E 1 / A N 7 9 2 6 2 6 R E 1 1 / 0 S T D i g i t a l I / O . A N 7 I I A n a l o g A n a l o g i n p u t 7 . I l f ' { E 2 / A N 8 1 0 2 7 2 7 I R E 2 1 / 0 S T D i g i t a l I / O . I A N 8 I A n a l o g A n a l o g i n p u t 8 . I f v s s - - - - - -~------- - · · - ~-~- - - - - - r--~-- ---~-~---~---~~ ~~~-~-----~----~- -~~~--~-~-~--~~- ~~ 1 2 , 6 , 2 9 6 , 3 0 , p - G r o u n d r e f e r e n c e f o r l o g i c a n d 1 / 0 p i n s . I 3 1 3 1 I I i V o o 1 1 , 3 2 7 , 2 8 7 , 8 , p - P o s i t i v e s u p p l y f o r l o g i c a n d 1 / 0 p i n s . 2 8 , 2 9 -~. ~ - - - - ~-~~ ~-- ~-- - - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -~- t - - - - - - ---~------- N C I - - 1 2 , 1 3 N C N C N o c o n n e c t 1 3 , i -~ -~j33,_~L~-- -~--- ~~ ~~-L___-~- ---~~~-~ I ~~- - - - - - - - - - · · - - - - - - - - - - L e g e n d : T T L = T T L c o m p a t i b l e i n p u t C M O S = C M O S c o m p a t i b l e i n p u t o r o u t p u t S T 0 O D = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w i t h C M O S l e v e l s = O u t p u t = O p e n - D r a i n ( n o d i o d e t o V o o ) 8 2 I = I n p u t P = P o w e r I I I I . . P I C 1 8 F 2 3 3 1 / 2 4 3 1 / 4 3 3 1 / 4 4 3 1 T A B L E 1 - 3 : ~-,----· P i n N a m e f~DO!TOCK' R O O T O C K I T 5 C K I ~ R D 1 / S D O R D 1 S D O R D 2 / S D I / S R D 2 S O l S D A . R D 3 / S C K R D 3 S C K S C L I R D 4 / F L T A . R D 4 F L T A R 0 5 / P W M R D S P W M 4 I R 0 6 / P W M ~ R D 6 P W M 6 : R D 7 / P W M R D 7 P W M 7 i L e g e n d : T T L S T 0 0 0 P I C 1 8 F 4 3 3 1 / 4 4 3 1 P I N O U T 1 1 0 D E S C R I P T I O N S ( C O N T I N U E D ) ---~------------ - - - - - - - - - - - - - - - - P i n N u m b e r P i n B u f f e r D I P T Q F P Q F N T y p e T y p e 1 9 3 8 3 8 1 / 0 S T I S T I S T 2 0 3 9 3 9 1 / 0 S T 0 - 2 1 4 0 4 0 1 1 0 S T I S T 1 / 0 S T 2 2 4 1 4 1 1 / 0 S T 1 / 0 S T 1 / 0 S T 2 7 2 2 1 / 0 S T I S T 2 8 3 3 1 / 0 S T 0 T T L 2 9 4 4 1 / 0 S T 0 T T L 3 0 5 5 1 / 0 S T 0 T T L --~-~- = T T L c o m p a t i b l e i n p u t = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w i t h C M O S l e v e l s = O u t p u t = O p e n - D r a i n ( n o d i o d e t o V o o ) D e $ c r i p t i o n - P O R T O i s a b i d i r e c t i o n a l 1 / 0 p o r t , o r a P a r a l l e l S l a v e P o r t ( P S P ) f o r i n t e r f a c i n g t o a m i c r o p r o c e s s o r p o r t . T h e s e p i n s h a v e T I L i n p u t b u f f e r s w h e n P S P m o d u l e i s e n a b l e d . D i g i t a l I / O . T i m e r O e x t e r n a l c l o c k i n p u t . T i m e r 5 i n p u t c l o c k . D i g i t a l I / O . S P I D a t a o u t . D i g i t a l I t O . S P I D a t a i n . 1 2 C D a t a 1 / 0 . D i g i t a l I / O . S y n c h r o n o u s s e r i a l c l o c k i n p u U o u t p u t f o r S P I m o d e . S y n c h r o n o u s s e r i a l c l o c k i n p u t / o u t p u t f o r 1 2 C m o d e . D i g i t a l I / O . F a u l t i n t e r r u p t i n p u t p i n . D i g i t a l I / O . P W M o u t p u t 4 . D i g i t a l I / O . P W M o u t p u t 6 . D i g i t a l 1 / 0 . P W M o u t p u t 7 . C M O S = C M O S c o m p a t i b l e i n p u t o r o u t p u t I = I n p u t P = P o w e r 8 3 P I C 1 8 F 2 3 3 1 / 2 4 3 1 / 4 3 3 1 / 4 4 3 1 f A B L E 1 - 3 : P I C 1 8 F 4 3 3 1 / 4 4 3 1 P I N O U T 1 1 0 D E S C R I P T I O N S ( C O N T I N U E D ) P i n I \ C D / T 1 0 R C D T 1 0 T 1 C 1 \ C 1 / T 1 0 f L T A R C 1 T 1 0 C C P F L T A I \ C 2 / C C R C 2 C C P F L T B H C 3 / T D C I N T O R C 3 T O C T 5 C I N T O H C 4 / I N T R C 4 I N T 1 S O / S D A I ' C 5 / I N T R C 5 I N T 2 S C K S C L R C 6 / T X R C 6 T X C K s s H C 7 / R X R C 7 R X D T S D O - · - - - - - - - - - - - - - P i n N u m b e r - ~Pi~ Buff;-·~----~~-------~~.-----~---------- N a m e D e s c n p t i o n D I P T Q F P Q F N T y p e T y p e P O R T C i s a b i d i r e c t i o n a l 1 / 0 p o r t . S O / T 1 C K I 1 5 3 2 3 4 1 / 0 S T D i g i t a l I / O . 0 0 - T i m e r 1 o s c i l l a t o r o u t p u t . I S T T i m e r 1 e x t e r n a l c l o c k i n p u t . S I / C C P 2 J 1 6 3 5 3 5 1 / 0 S T D i g i t a l i / O . I I C M O S T i m e r 1 o s c i l l a t o r i n p u t . 1 / 0 S T C a p t u r e 2 i n p u t , C o m p a r e 2 o u t p u t , P W M 2 o u t p u t . I S T F a u l t i n t e r r u p t i n p u t p i n . ' 1 / F L T B 1 7 3 6 3 6 1 / 0 S T D i g i t a l i / O . 1 / 0 S T C a p t u r e 1 i n p u t / C o m p a r e 1 o u t p u ! / P W M 1 o u t p u t . I S T F a u l t i n t e r r u p t i n p u t p i n . K I / T 5 C K I / 1 8 3 7 3 7 1 / 0 S T D i g i t a l i / O . I I S T T i m e r O a l t e r n a t e c l o c k i n p u t . I I S T T i m e r S a l t e r n a t e c l o c k i n p u t . I S T E x t e r n a l i n t e r r u p t 0 . / S D I / S D A 2 3 4 2 4 2 1 1 0 S T D i g i t a l I / O . I S T E x t e r n a l i n t e r r u p t 1 . I S T S P I D a t a i n . 1 / 0 S T 1 2 C D a t a 1 / 0 . ' / S C K / S C L 2 4 4 3 4 3 1 / 0 S T D i g i t a l I / O . I S T E x t e r n a l i n t e r r u p t 2 . 1 1 0 S T S y n c h r o n o u s s e r i a l c l o c k i n p u t / o u t p u t f o r S P I m o d 1 1 / 0 S T S y n c h r o n o u s s e r i a l c l o c k i n p u t / o u t p u t f o r 1 2 C m o d E ~KISS 2 5 4 4 4 4 1 1 0 S T D i g i t a l 1 / 0 . 0 - U S A R T A s y n c h r o n o u s T r a n s m i t . 1 / 0 S T U S A R T S y n c h r o n o u s C l o c k ( s e e r e l a t e d R X / D T ) . I S T S P I S l a v e S e l e c t i n p u t . J T / S D O 2 6 1 1 1 1 0 S T D i g i t a l i / O . I S T U S A R T A s y n c h r o n o u s R e c e i v e . . . - - - - - _ _ I _ _ - _ _ _ j _ _ _ _ _ _ 1 1 0 S T U S A R T S y n c h r o n o u s D a t a ( s e e r e l a t e d T X / C K ) . 0 S P I D a t a o u t . - -~---~ ~----~- ----------~--~ ------~-~-------·-------- L e g e n d : T T L = T T L c o m p a t i b l e i n p u t C M O S = C M O S c o m p a t i b l e i n p u t o r o u t p u t S T = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w i t h C M O S l e v e l s I = I n p u t 0 = O u t p u t P = P o w e r O D = O p e n - D r a i n ( n o d i o d e t o V o o ) 8 4 - = l _ _ _ _ _ _ j . . . P I C 1 8 F 2 3 3 1 / 2 4 3 1 / 4 3 3 1 / 4 4 3 1 T A B L E 1 - 3 : P I C 1 8 F 4 3 3 1 / 4 4 3 1 P I N O U T 1 1 0 D E S C R I P T I O N S ( C O N T I N U E D ) P i n N a - - - - - - - - - - ~------- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - r - - - - - - - - - - - · - · - · - · - · - · - - - - - - - - - - - - - - - · - - - - " " l P i n N u m b e r P i n B u f f e r D e s c r i p t i o n m e ~f~BO/PWMO R B O P W M O R B 1 / P W M 1 R B 1 P W M 1 I I R B 2 / P W M 2 R B 2 P W M 2 f~B3/PWM3 R B 3 P W M 3 R B 4 / K B I O / P W R B 4 K B I O P W M 5 M 5 f - D I P ' T Q F P 3 3 8 3 4 9 3 5 1 0 3 6 1 1 3 7 1 4 I Q F N T y p e T y p e 9 1 / 0 T T L 0 T T L 1 0 1 / 0 T T L 0 T T L 1 1 1 / 0 T T L 0 T T L 1 2 1 / 0 T T L 0 T T L 1 4 1 / 0 T T L I T T L 0 T T L R B 5 / K B I 1 / P W M 4 / 3 8 1 5 1 5 P G M R B 5 K B I 1 P W M 4 P G M R B 6 / K B I 2 / P G R B 6 K B I 2 P G C I R B 7 / K B I 3 / P G 1 R B 7 : K B I 3 I P G D I - ~ ~ ) L e g e n d : T T L S T 0 O D 1 / 0 T T L I T T L 0 T T L 1 / 0 S T 3 9 1 6 1 6 1 / 0 T T L I T T L 1 / 0 S T _ 1 _ 4 0 L 1 7 _ I ~7 . 1 / 0 T T L I T T L 1 / 0 S T ~-- = T T L c o m p a t i b l e i n p u t = S c h m i t t T r i g g e r i n p u t w i t h C M O S l e v e l s = O u t p u t = O p e n - D r a i n ( n o d i o d e t o V o o ) " - - · - - " - P O R T S i s a b i d i r e c t i o n a l I / O p o r t . P O R T S c a n b e s o f t w a r e p r o g r a m m e d f o r i n t e r n a l w e a k p u l l - u p s o n a l l i n p u t s . D i g i t a l I / O . P W M o u t p u t 0 . D i g i t a l I / O . P W M o u t p u t 1 . D i g i t a l I / O . P W M o u t p u t 2 . I D i g i t a l 1 / 0 . P W M o u t p u t 3 . D i g i t a l 1 / 0 . I I n t e r r u p t - o n - c h a n g e p i n . P W M o u t p u t 5 . I Digita~ 1 / 0 . I n t e r r u p t - o n - c h a n g e p i n . I P W M o u t p u t 4 . L o w - v o l t a g e I C S P p r o g r a m m i n g e n t r y p i n . D i g i t a l I / O . I n t e r r u p t - o n - c h a n g e p i n . I n - C i r c u i t D e b u g g e r a n d I C S P p r o g ( a m m i n g c l o c k p i n . D i g i t a l 1 / 0 . I n t e r r u p t - o n - c h a n g e p i n . I n - C i r c u i t D e b u g g e r a n d I C S P p r o g r a m m i n g d a t a p i n . - · - - ------~--------------~--~---------------------------------- C M O S = C M O S c o m p a t i b l e i n p u t o r o u t p u t I = I n p u t P = P o w e r 8 5 -l r - ) t e r n o t i o n o l I~~R R e c t i f i e r A p p e n d i x n I R 2 1 3 0 / I R 2 1 3 2 -------------------------------------------------------------------~-~~.~----------------------- 3 - P H A S ' E B R I D G E D R I V E R F e a t u r e s I • F l o a t i n g c h a n n e l d e s i g n e d f o r b o o t s t r a p o p e r a t i o n F u l l y o p e r a t i o n a l t o + 6 0 0 V , T o l e r a n t t o n e g a t i v e t r a n s i e n t v o l t a g e I · c l V / c i t i m m u n e • G a t e d r i v e s u p p l y r a n g e f r o m 1 0 t o 2 0 V • U n d e r v o l t a g e l o c k o u t f o r a l l c h a n n e l s • O v e r - c u r r e n t s h u t d o w n t u r n s o f f a l l s i x d r i v e r s " I n d e p e n d e n t h a l f - b r i d g e d r i v e r s ~ M a t c h e d p r o p a g a t i o n d e l a y f o r a l l c h a n n e l s · , O u t p u t s o u t o f p h a s e w i t h i n p u t s ~ C r o s s - c o n d u c t i o n p r e v e n t i o n l o g i c D e s c r i p t i o n \ \ " · j , f r e I R 2 1 3 0 / I R 2 1 3 2 i s a h i g h v o l t a g e , h i g h s p e e d p o w e r M O S F E T a n d I G B T d r i v e r w i t h t h r e e i n d e p e n - ( I B n l h i g h a n d l o w s i d e r e f e r e n c e d o u t p u t c h a n n e l s . f , 1 r o p r i e t a r y H V I C t e c h n o l o g y e n a b l e s r u g g e d i z e d ) T H H 1 o l i t l 1 i c c o n s t r u c t i o n . L o g i c i n p u t s a r e c o m p a t i b l e : t i l t h 5 V C M O S o r L S T I L o u t p u t s . A g r o u n d - r e f e r - f l n c e d o p e r a t i o n a l a m p l i f i e r p r o v i d e s a n a l o g f e e d b a c k o f b r i d g e c u r r e n t v i a a n e x t e r n a l c u r r e n t s e n s e r e s i s - t o r . A c u n e r 1 t t r i p f u n c t i o n w h i c h t e r m i n a t e s a l l s i x 6 u t p u t s i s a l s o d e r i v e d f r o m t 1 1 i s r e s i s t o r . A n o p e n ' i r n i r 1 F A L J L T s i g n a l i n d i c a t e s i f a n o v e r - c u r r e n t o r i n l c l o r - v o l t a g e s h u t d o w n h a s o c c u r r e d . T h e o u t p u t d r i v - e r c ; f e a t u r e a h i g h p u l s e c u r r e n t b u f f e r s t a g e d e s i g n e d l o r r n i n i r n u r n d r i v e r c r o s s - c o n d u c t i o n . P r o p a g a t i o n ~lolays a r e m a t c h e d t o s i m p l i f y u s e a t h i g h f r e q u e n - ~los. T t 1 e f l o a t i n g c h a n n e l s c a n b e u s e d t o d r i v e N - J i i • I • . I . : n V p i c a l C o n n e c t i o n ~-r··_.-- : 1 ' I . _ _ _ _ _ '~cc < > - - - - - - - - ± T I f l i N D J " ~ C l f l i 2 ] r h l l l T c r - - - - · 1 - . - . h . l C I I C ' o--~.-- t - ~ L 1 r i U o - - - - _.._~--- < \ , 1 \ l P r o d u c t S u m m a r y V o F F S E T 6 0 0 V m a x . l o + / - 2 0 0 r n A I 4 2 0 r n A V o u r 1 0 - 2 0 V t o n / o U ( t y p . ) 6 7 5 & 4 2 5 n s D e a d t i m e ( t y p . ) 2 . 5 I J S ( I R 2 1 3 0 ) 0 . 8 I J S ( I R 2 1 3 2 ) P a c k a g e s # 2 B l e a d S O I C • 2 0 L e a d P D I P 4 4 L e a d P L C C w / o 1 2 L e a d s c h a n n e l p o w e r M O S F E T s o r I G B T s i n t h e h i g h · c o n f i g u r a t i o n w h i c h o p e r a t e u p t o G O O v o l t s . L . . . . . . _ _ ! . - . . . . . - . . - - - < > 1 0 · - - o L O A D · - - 0 , j -I R 2 1 3 0 / I R 2 1 3 2 A b s o l u t e M a x i m u m R a t i n g s I n t e r n a t i o n a l I~~R R e c t i f i e r A b s o l u t e M a x i r n u r n R a t i n g s I n d i c a t e s u s t a i n e d l i m i t s b e y o n d w h i c h d a m a g e t o t h e d e v i c e m a y o c c u r . A l l v o l t a g e p a r a m - e t e r s a r e a b s o l u t e v o l t a g e s r e f e r e n c e d t o V s o . T h s , . T h e r m e l R e s i s t a n c e a n d P o w e r D i s s i p a t i o n r a t i n g s a r e m e a s u r e d u n d e r b o a r d m o u n t e d a n d s t i l l a i r C O f j d l l l o n s . A d d i t i o n a l l n l b r n 1 a t i o n I s s h o w n I n F i g u r e s 5 0 t h r o u g h 5 3 . S y m b o l ~ D e f i n i t i o n M i n . M a x . U n i t s f - H g h S i d e F l o a t i n g Su~el~ V l : J i l a ! l e - - l - - - ' { ) 3 _ u . ; J _ - 0 . 3 6 2 5 V s t 2 L _ ' H i g h S i d e F l o a t i n g O i t s e l V o l t a g e V a t 2 3 - 2 5 V e t 2 3 + 0 . 3 ~-LV H i g h S l d w F l o a t i n g O u t p u t V o l t a g e V S 1 . 2 . 3 - 0 . 3 V e t . 2 . 3 + 0 . 3 - V c g L o w S i d e a n d L o g i c F i x e d S u p p l y V o l t a g e 'h~., . , , , . - 0 . 3 2 5 V s s L o g i c G r o u n d , , V e e - 2 5 V e e + 0 . 3 V L O t 2 3 L o w S i d e O u t p u t V o l t a g e - 0 . 3 V e e + 0 . 3 V 1 t l L o g i c I n p u t V o l t a _ y e ( f - H N 1 , 2 , 3 , U N 1 , 2 , 3 & ! T R I P ) V s s - 0 . 3 V e e + 0 . 3 v V F L T F A U L T O u t p u t V o l t a g e v 5 5 - 0 . 3 V e e + 0 . 3 V c A O O p e r a l l o n a l A m p l i f i e r O u t p u t V o l t a g e v 1 1 s - o . 3 V e e + 0 . 3 V c A - O p e r a t i o n a l A m p l i f i e r l n v e r 1 1 n g I n p u t V o l t a g e V s s - 0 . 3 V e e + 0 . 3 dV~ A l l o w a b l e O f f s e t S u p p l y V o l t a g e T r a n s i e n t - 5 0 ~:.:.::___ ~'o P a c k a g e P o w e r D l s s i p a l l o n @ T A s + 2 5 " C ( 2 8 L e a d D I P ) - 1 . 5 ( 2 0 L e a d S O I C ) - 1 . 6 w ( 4 4 L e a d P L C C ) - 2 . 0 - - · - - - - i - - - = . R t h . 1 A 1 T h e r m a l R e s i S t a n c e , J u n c t i o n t o A m b i e n t ( 2 0 L e a d D I P ) - 0 3 ( 2 8 L e a d S O I C ) - 7 8 · c r w - ( 4 4 L e a d P L C C ) - 6 3 - - T J J u n c t i o n T e m p e r a t u r e - 1 5 0 r - - - - T s S t o r a g e T e m p e r a t u r e - 5 5 1 5 0 · c - T L _ l { l a d T e m p e r a t u r a ( S o l d e r i n g , 1 0 s e c o n d s ) - 3 0 0 - - R e c o m m e n d e d O p e r a t i n g C o n d i t i o n s T h e l n p u V O u t p u t l o g i c t i m i n g d i a g r a m i s s h o w n I n F i g u r e 1 . F o r p r o p e r o p e r a t i o n t h e d e v i c e s h o u l d b e u s e d w i t h i n t h e r e c o m m e n d e d c o n d i t i o n s . A l l v o l t a g e p a r a m e t e r s a r e a b s o l u t e v o l t a g e s r e f e r e n c e d t o V s o . T h e V s o f f s e t r a U r 1 g I s t a s t e d w i t h a l l s u p p l i e s b i a s e d a t 1 5 V d i f f e r e n t i a l . T y p i c a l r a t i n g s a t o t h e r b i a s c o n d i t i o n s a r e s h o w n I n F i g u r e 5 4 . S y m b o l D e f i n i t i o n M i n . M a x . U n i t s _V~.L_ H i g h S i d e F l o a t i n g S u p p l y V o l t a g e V s 1 . 2 . 3 + 1 0 V s 1 . 2 . J + 2 0 ~.L_ H i g h S i d e F l o a t i n g O f f s e t V o l t a g e N o t e 1 6 0 0 ~_LbL_ H i g h S i d e F l o a t i n g O u t p u t V o l t a g e V s t . z . J V a 1 2 3 V e e L o w S i d e a n d L o g i c F i x e d S u p p l y V o l t a g e 1 0 2 0 V s s L o g i c G r o u n d - 5 5 V L O t 2 . 3 L o w S i d e O u t p u t V o l l a _ g _ e 0 V e e \ f i N l o g i c I n p u t V o l t a g e ( H I N 1 , 2 , 3 , 0 N 1 , 2 , 3 & ! T R I P ) V s s V s s - + 5 v V F L T F A U L T O u t p u t V o l t a g e V s s V e e V e A Q _ _ _ - - - - - = - O p e r a t i o n a l A m p l i f i e r O u t p u t V o l t a g e V s s 5 V e A · O p e r a t i o n a l A m p l i f i e r I n v e r t i n g I n p u t V o l t a g e V s s 5 - _ T l \ _ _ _ _ A _ 1 1 1 b l e n t T e m p e r a t u r e - 4 0 - - 1 2 5 · c N o t e 1 : L o g i c o p e r a t i o n a l l o r V s o f ( V s o - 5 V ) t o ( V s o + 6 0 0 V ) . L o g i c s t a l e h e l d l o r V s o f ( V s o - 5 V ) t o ( V s o - V s s ) . 1 9 2 8 7 I n t e r n a t i o n a l I \ i R R e c t i f i e r I N S U L A T E D G A T E B I P O L A R T R A N S I S T O R W I T H U L T R A F A S T S O F T R E C O V E R Y D I O D E A p p e n d i x E P D - 9 1 5 8 7 A I R G 4 P C 3 0 K D S h o r t C i r c u i t R a t e d U l t r a F a s t I G B T . - - - - _ _ _ _ , . . . , - - _ _ , F e a t u r e s " • H i g h s h o r t c i r c u i t r a t i n g o p t i m i z e d f o r m o t o r c o n t r o l , l s c = 1 0 1 J s , @ 3 6 0 V V e E ( s t a r t ) , T J : : : 1 2 5 " C , V G E = 1 5 V • C o m b i n e s l o w c o n d u c t i o n l o s s e s w i t h h i g h s w i t c h i n g s p e e d • T i g h t e r p a r a m e t e r d i s t r i b u t i o n a n d h i g h e r e f f i c i e n c y t h a n p r e v i o u s g e n e r a t i o n s • I G B T c o - p a c k a g e d w i t h H E X F R E D ™ u l t r a f a s t , u i t r a s o f t r e c o v e r y a n t i p a r a l l e l d i o d e s B e n e f i t s • L a t e s t g e n e r a t i o n 4 I G B T s o f f e r h i g h e s t p o w e r d e n s i t y m o t o r c o n t r o l s p o s s i b l e G , • H E X F R E D ™ d i o d e s o p t i m i z e d f o r p e r f o r m a n c e w i t h I G B T s . M i n i m i z e d r e c o v e r y c h a r a c t e r i s l l c s r e d u c e n o i s e , E M I a n d s w i t c h i n g l o s s e s • T h i s p a r t r e p l a c e s t h e I R G B C 3 0 K 0 2 a n d I R G B C 3 0 M D 2 p r o d u c t s • F o r h i n t s s e e d e s i g n t i o 9 7 0 0 3 A b s o l u t e M a x i m u m ~atings P a r a m e t e r V c E S C o l l e c t o r - t o - E m i t t e r V o l t a g e l c @ T c " 2 s · c C o n t i n u o u s C o l l e c t o r C u r r e n t l c @ T c = 1 0 0 " C C o n t i n u o u a C o l l e c t o r C u r r e n t I e M P u l s e d C o l l e c t o r C u r r e n t < D i t . M C l a m p e d I n d u c t i v e l o a d C u r r e n t I l l l r @ T c = 1 o o · c D i o d e C o n t i n u o u s F o r w a r d C u r r e n t I F M D i o d e M a x i m u m F o r w a r d C u r r e n t l s c S ! 1 0 r t C i r c u i t W i t h s t a n d T i m e Vc>~ G a t e - t o - E m i t t e r V o l t a g e P o @ T c " ' 2 5 " C M a x i m u m P o w e r D i s s i p a t i o n P n @ T c = 1 O O " C M a x i m u m P o w e r D i s s i p a t i o n T , r O p a r a l l n g J u n o t l o n a n d T s w S t o r a g e T e m p e n : l t u r e R a n g e S o l d e r i n g T e m p e r a t u r e , f o r 1 0 s e c . M o u n t i n g T o r q u e , G - 3 2 o r M 3 S c r e w . Th~nnal R e s i s t a n c e P a r a m e t e r R u x ; J u n c t i o n - t o - C a s e - I G B T R u J C J u n c t i o n - t o - C a s e - D i o d e R Q C S C a s e - t o - S i n k , f l a t , g r e a s e d s u r f a c e ~k!A J u n r . t i o n - t o - A m b i e n t , _ t y p i c a l s o c k e t m o u n t W t W e i g h t - - - - - - w w w . i r f . c o m E n - c h a n n e l V c E S = 6 0 0 V V C E ( o n ) t y p . = 2 . 2 1 V @ V G E : : : 1 5 V , l c = 1 6 A T 0 . 2 4 7 A C M a x . U n i t s B O O v ~8 1 5 5 6 A 5 8 1 2 5 6 1 0 u s : t 2 0 v 1 0 0 w 4 2 - 5 5 t o + 1 5 0 · c 3 0 0 ( O . O j l 3 l n . ( 1 . 6 m m ) f r o m c a s e ) 1 o l b f • l n ( 1 . 1 N • m ) M i n . T y p . M a x . U n i t s - - 1 . 2 - - 2 . 5 " C / W - 0 . 2 4 - - ~ 4 0 - 6 ( 0 , 2 1 ) . . g _ ( o z ) - 4 / 1 5 / 2 0 0 0 8 8 I R G 4 P C 3 0 K D I n l e r n a t i o n a l I O R R e c t i f i e r E l e c t r i c a l C h a r a c t e r i s t i c s @ T J = 2 f i ° C ( u n l e s s o t h e r w i s e s p e c i f i e d ) Param~t~r M i n . T y p . M a x . U n i t s C o n d i t i o n s V ( H R ) C E S C o l l e c t c r - t o - E m l t t e r B r e a k d o w n V o l t a g e Q l 6 0 0 - - v V G E : : : O V , l c = 250~A t W ( ! l R ) C E S i i ' I T J T e m p e m b . r e C o e f f . o f B . - e d « l o w n V o l t a g e - 0 . 5 4 - v r c V G E = O V , l c = 1 . 0 r n A V c E ( o n ) C o l l e c t o r - t o - E m i t t e r S a t u r a t i o n V o l t a g e - 2 . 2 1 2 . 7 l e = 1 6 A V G E = 1 5 V - 2 . 8 8 - v l c = 2 8 A S e e F i g . 2 , 5 - 2 . 3 6 - l c : 1 6 A , T J = 1 5 0 ' C V G E ( I I l l G a t e T h r e s h o l d V o l t a g e 3 . 0 - 6 . 0 V e E = V G e , l e = 250~A A V G E ( u , Y A T J T e m p e r a t u r e C o e f f . o f T h r e s h o l d V o l t a g e - - 1 2 - m V I ' C V e E = V G E . l e = 2 5 0 p A 9 t e F o r w a r d T r a n s c o n d u c t a n c e @ ) 5 . 4 8 . 1 - s V e e = 1 0 0 V , l e = 1 6 A I c E s Z e r o G a t e V o l t a g e C o l l e c t o r C u r r e n t - - 2 5 0 p A V G E = O V , V e E = 6 0 0 V - - 2 5 0 0 V G E = O V , V e E = 6 0 0 V , T J = 1 5 0 ' C V r M D i o d e F o r w a r d V o l t a g e D r o p - 1 . 4 1 . 7 v l e = 1 2 A S e e F i g . 1 3 - 1 . 3 1 . 6 l e = 1 2 A , T J = 1 5 0 ' C I G E S G a t e - t o - E m i t t e r L e a k a g e C u r r e n t - - ± 1 0 0 n A V o E = ± 2 0 V S w i t c h i n g C h a r a c t e r i s t i c s @ T J = 2 5 ° C ( u n l e s s o t h e r w i s e s p e c i f i e d ) P a r a m e t e r M i n . T y p . M a x . U n i t s C o n d i t i o n s Q , T o t a l G a t e C h a r g e ( t u r n - o n ) - 6 7 1 0 0 l c = 1 6 A Q ! L " . _ _ G a t e - E m i t t e r C h a r g e ( t u r n - o n ) - 1 1 1 6 n C V e e = 4 0 0 V S e e F l g . 8 - - - O g c G a t e - C o l l e c t o r C h a r g e ( t u m - o n ) - 2 5 3 7 V G E = 1 5 V l . : J ( o n ) T u m - O n D e l a y T i m e - 6 0 - I , R i s e T i m e - 4 2 - T J = 2 5 ' C n s l d ( o f l ) T u m - O f f D e l a y T i m e - 1 6 0 2 5 0 l e = 1 6 A , V e e = 4 8 0 V I t F a l l T i m e - 8 0 1 2 0 V G E = 1 5 V , R G = 2 3 ( 2 E o n T u r n - O n S w i t c h i n g L o s s - 0 . 6 0 - E n e r g y l o s s e s i n c l u d e " t a l l " E o f f T u r n - O f f S w i t c h i n g L o s s - 0 . 5 8 - m J a n d d i o d e r e v e r s e r e c o v e r y E 1 s T o t a l S w i t c h i n g L o s s - 1 . 1 8 1 . 6 S e e F i g . 9 , 1 0 , 1 4 l , c S h o r t C i r r u i t W i t h s t a n d n m e 1 0 - - I J S V e e = 3 6 0 V , T . 1 = 1 2 5 o C V G E = 1 5 V , R G = 1 0 ! l , V c P K < 5 0 0 V t . l ( o l l ) T u r n - O n D e l a y T i m e - 5 8 - T J = 1 5 0 ' C , S e e F i g . 1 1 , 1 4 t , R i s e T i m e - 4 2 - l e " ' 1 6 A , V e e = 4 8 0 V T u r n - O f f D e l a y T i m e n s V G E = 1 5 V , R G = 2 3 r l , 4 l ( o f f ) - 2 1 0 - t r F a l l T i m e - 1 6 0 - E n e r g y l o s s e s i n c l u d e " t a l l " E 1 s T o t a l S w i t c h i n g L o s s - 1 . 6 9 - m J a n d d i o d e r e v e r s e r e c o v e r y L E I n t e r n a l E m i t t e r I n d u c t a n c e - 1 3 - n H M e a s u r e d 5 m m f r o m p a c k a g e C ; e s I n p u t C a p a c i t a n c e - 9 2 0 - V G E = O V C a e s O u t p u t C a p a c i t a n c e - 1 1 0 - p F V e e " 3 0 V S e e F i g . 7 C r e s R e v e r s e T r a n s f e r C a p a c i t a n c e - 2 7 - f " 1 . 0 M H z l r r D i o d e R e v e r s e R e c o v e r y T i m e - 4 2 6 0 n s T J " ' 2 5 " C S e e F i g . - 8 0 1 2 0 T J = 1 2 5 " C 1 4 I F = 1 2 A i r r D i o d e P e a k R e v e r s e R e c o v e r y C u r r e n t - 3 . 5 6 . 0 A T . 1 = 2 5 ' C S e e F i g . - 5 . 6 1 0 T . 1 = 1 2 5 " C 1 5 V R = 2 0 0 V Q , , D i o d e R e v e r s e R e c o v e r y C h a r g e - 8 0 1 6 0 n C T J = 2 5 ' C S e e F i g . - 2 2 0 6 0 0 T J = 1 2 5 " C 1 6 d l / d t = 200AIJ~ 1 d l ( r e < ; ) M f d t D i o d e P e a k R a t e o f F a l l o f R e c o v e r y - = - 1 8 0 1 - - - N I J S T J = 2 5 " C S e e F i g . 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( 5 0 ° o d u l y c y c l e , 1 m s P W . ) I E a c h C h a n n e l ( N o 1 e 2 ) l 0 o a k T r a n s r e n l l n p u l C u r r e n ! - ( ' . 1 p s P W , 3 0 0 p p s ) 1 1 r , v e r S l ) l n p u l V o l t a g e l r r p u l P o w e r D i s s r p a l r n 1 1 D E T E C T O R E a c h C h a n n e l E a c h C h a n n e l (6~1 1 3 5 / 6 N 1 3 6 a m i H C I ' L - 2 5 0 3 / 4 5 0 2 ) ( H C P L 2 5 3 0 / 2 5 3 1 ) E a c h C l 1 a n n e l ( N o l e 3 ) S y m b o l T S H ; - - - - - - - - - · T o r ' R - - - T s m ~~- 1 1 _ ( a v o ) I f ' ( p k ) I F ( l r a n s ) V R l ' u - - - --·-~-·~ . . -----------~-~--·----~-~-~~---------~~ --·--~-------,------ A v e r a q e O u 1 p u l C r r r r e r 1 1 E a c l 1 C h a n n e l l 1 0 ( a v g ) 1 \ : a k O u l p u l C u r r e n ! L r n i l l u r - f - J a s e R e v e r s e V o l t a \ ) e ~)rrpply V o l ! a g e O u l p u t V o l t n g c B a s e C u r r e n ! E a c l 1 C h a n n e l l o ( p k ) ( 6 N 1 3 5 , 6 N 1 3 6 a n d H C P I _ ~2503 o n l y ) V E B R V e e V o ( 6 N 1 3 5 , 6 N 1 3 6 a n c J H C P L 2 : > 0 3 o n l y ) I n V a l u e - 5 5 t o •12~) - - - - - - - - - - - - - · · - ~5S l o I 1 0 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 6 0 l o r 1 o s e c - - - - - - - - - - - - - - 2 5 b l l 1 0 , . , ) 1 0 0 4 C i 8 1 6 5 0 5 l o 3 0 - 0 5 l o 2 0 : , --~-~-- ~------ - - + - - I O u l p u 1 p o w e r [ c t 1 s s 1 p a t i o r 1 ( 6 N 1 3 5 . 6 N 1 3 6 , H C P L - 2 5 0 3 . 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