基于DSP實(shí)現(xiàn)的一種新穎開(kāi)關(guān)逆變電源

作者：時(shí)間：2011-02-19 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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摘要：介紹了一種周波逆變器的結(jié)構(gòu)及原理，并以TI的TMS320LF2407型數(shù)字信號(hào)處理器作為控制核心，取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，且給出了硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明此系統(tǒng)的控制獲得了良好的效果。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/151018.htm

關(guān)鍵詞：周波變換器；數(shù)字信號(hào)處理器；高頻鏈；數(shù)字電源

A Novel Switching-inverter Power Supply Based on DSP

YUAN Kai-fa, JIANG Huai-gang, HE Zhi-wei

Abstract:The configuration and theory for a novel cycle converter are presented,which is based on DSP TMS320LF2407 made in TI corporation as controller. At the same time,the design scheme of this system is given. The experiment shows the system achieves good dynamic and static performance.

Keywords:Cycle converter; DSP; High-frequency link; DPS 　

1 引言

隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。包括市電在內(nèi)的所有原始電能可能滿(mǎn)足不了用戶(hù)的要求，必須經(jīng)過(guò)處理后才能使用，逆變技術(shù)在這種處理中起到了重要的作用。傳統(tǒng)的逆變技術(shù)多為模擬控制或模擬與數(shù)字相結(jié)合的控制系統(tǒng)，其缺點(diǎn)為

1）控制電路的元器件比較多，體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

2）靈活性不夠，硬件電路一旦設(shè)計(jì)完成，控制策略就不能改變；

3）調(diào)試比較麻煩，由于元器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點(diǎn)漂移，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的漂移，從而給調(diào)試帶來(lái)不便。

因此，傳統(tǒng)的逆變器在許多場(chǎng)合已不適應(yīng)新的要求。

隨著高速、廉價(jià)的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP——Digital Signal Processor）的問(wèn)世，于是便出現(xiàn)了數(shù)字電源（DPS——Digital Power Supply）。其優(yōu)點(diǎn)有

1）數(shù)字化更容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字芯片的處理和控制，避免模擬信號(hào)傳遞的畸變、失真，減少雜散信號(hào)的干擾；

2）便于系統(tǒng)調(diào)試；

3）如果將網(wǎng)絡(luò)通迅和電源軟件調(diào)試技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙感、遙測(cè)、遙調(diào)。

這些使得逆變電源數(shù)字化控制成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。

本文采用TI公司專(zhuān)門(mén)為電機(jī)及電力電子領(lǐng)域設(shè)計(jì)的TMS320LF2407型DSP作為控制器，介紹數(shù)字化周波逆變器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

2 TMS320LF2407的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

TMS320LF2407具有高速信號(hào)處理和數(shù)字化控制功能所必需的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。將其優(yōu)化的外設(shè)單元和高性能的DSP內(nèi)核相結(jié)合，可以為各種類(lèi)型電機(jī)提供高速和全變速的先進(jìn)控制技術(shù)。其主要特點(diǎn)為

1）其系統(tǒng)運(yùn)行主頻達(dá)30MHz，使得指令周期縮短到33ns，絕大部份指令均可在單周期內(nèi)完成，提高了控制器的實(shí)時(shí)能力。

2）2個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)包括2個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)16位的脈寬調(diào)制（PWM）通道。它們能夠?qū)崿F(xiàn)三相反相器控制；PWM的對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)波形；當(dāng)外部引腳PDPINTx出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉PWM通道；可編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖；16通道A/D轉(zhuǎn)換器等功能。事件管理模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、多級(jí)電機(jī)和逆變器。

3）10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns，可選擇由兩個(gè)事件管理器來(lái)觸發(fā)兩個(gè)8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個(gè)16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器。

4）高達(dá)40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(GPIO)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由主電路和控制電路兩部分組成，如圖1所示。主電路部分，采用移相式零電壓、零電流（PS－ZVZCS）全橋變換器和相控周波變換器PCCYC（Phase Controlled Cycle Converter）。跟其它變換器相比，相控周波變換器始終都可以工作在第一、三象限，與移相技術(shù)相結(jié)合，可以極大地提高高頻變壓器的工作效率。同時(shí)，采用高頻環(huán)進(jìn)行逆變，因而無(wú)須采用工頻變壓器，使體積減小。全橋變換器部分，利用可飽和電感Lr和隔直電容Cr實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)流的阻斷，可以在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超前橋臂的ZVS和滯后橋臂的ZCS，減小了開(kāi)關(guān)應(yīng)力，降低了損耗，提高了工作效率。Lr和Cr的選擇可參考文獻(xiàn)[4]?？刂撇糠郑捎每焖?、高效的DSP作為核心控制器，通過(guò)光耦隔離，并有IGBT自保護(hù)的專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)芯片EXB841來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路中的功率開(kāi)關(guān)管。與采樣電路，保護(hù)電路配合，可對(duì)輸出實(shí)行實(shí)時(shí)控制，具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和良好的輸出特性。