基于DSP的逆變電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 前 言

由于電力，通信、航空以及大型信息、數(shù)據(jù)中心等行業(yè)高端設(shè)備對供電電源系統(tǒng)容量和質(zhì)量的要求越來越高，其中“大容量”、“高可靠性”和“不間斷”供電的特征，集中體現(xiàn)了高端設(shè)備對其動(dòng)力系統(tǒng)共同和基本要求。本文探討了基于DSP的逆變電源并聯(lián)控制系統(tǒng)。文章的創(chuàng)新之處是實(shí)現(xiàn)多個(gè)逆變器模塊的并聯(lián)供電電源系統(tǒng)，以滿足不同的負(fù)載功率及供電可靠性要求。逆變電源并聯(lián)控制技術(shù)的研究具有深遠(yuǎn)的社會(huì)影響和社會(huì)效益。

2 基于DSP 的逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)

2.1 單逆變電源模塊分析與硬件設(shè)計(jì)

在并聯(lián)式分布電源系統(tǒng)中，首先必須盡量保證模塊間的一致性：每個(gè)模塊良好的負(fù)載特性和穩(wěn)定；為了滿足這樣的要求，逆變器主電路的結(jié)構(gòu)不斷變化更新，高頻軟開關(guān)技術(shù)也廣泛地應(yīng)用到DC/AC逆變電源中。

高頻脈沖直流環(huán)節(jié)逆變器是基于諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的原理提出的一種新的結(jié)構(gòu)。該逆變器既能夠?qū)崿F(xiàn)輸入和輸出之間的電氣隔離，又能夠?qū)崿F(xiàn)逆變橋功率管的零電壓開關(guān)。

圖1 逆變器的主電路圖

（1） 逆變器主電路

逆變器主電路如圖1所示。主電路由3部分組成：交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路、吸收電路和全橋逆變電路。

（2）保護(hù)電路以及輸出濾波器的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，采用了濾波電感作為過流保護(hù)，如圖1所示，濾波電路由Lr1、 Lr2和Cr組成。在直直變換器和吸收電路之間串接濾波電感Lr1和一個(gè)較小的電容Cr，在逆變橋輸出端另外在串接另一個(gè)小電感Lr2。電壓反饋檢測點(diǎn)取至電感Lr1前面，這樣可以起到限流作用。同時(shí)，濾波電感又處在電流滯環(huán)控制中，一方面起漣波作用，另一方面在電流環(huán)中起積分器作用。若Lr1取值過大，將影響：①電流跟蹤速度、減緩系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；②導(dǎo)致輸出電壓穩(wěn)態(tài)精度降低；③增加系統(tǒng)的體積、重量和成本。電感電流的變化率須大于給定電流的變化率，才能保證電感電流跟蹤上給定電流，據(jù)此推得下式：

Lr1＜（Ubmax－Uomax sin a）／IgmaxWo

式中a――感性負(fù)載的功率因數(shù)角
Ubmax――脈沖電壓Uab的最大峰值
Uomax――輸出電壓的峰值

如果Lr1取值太小，電感電流的脈動(dòng)量增大，輸出電壓的質(zhì)量會(huì)受影響，因而必須限制電感電流的最大變化量。經(jīng)過計(jì)算和試驗(yàn)電路參數(shù)選擇如下：Lr1＝15mH、Lr2＝3mH，Cr＝220nF。

2.2 控制部分的電路設(shè)計(jì)和分析

控制部分的電路主要由一片數(shù)字信號處理器（TMS320LF2407A）和脈寬調(diào)制專用集成芯片UC3524構(gòu)成。

（1）數(shù)字信號處理器（TMS320LF2407A）的介紹

本系統(tǒng)各逆變模塊采用美國TI公司的數(shù)字信號處理器MS320F2407A，屬于TI公司的TMS320C2XX系列。從數(shù)據(jù)傳輸預(yù)處理的實(shí)時(shí)性、快速性以及性能價(jià)格比等方面考慮，本系統(tǒng)選用了TMS320F2407A。

（2）SPWM波形的產(chǎn)生

在本設(shè)計(jì)中仍然采用專用脈寬調(diào)制集成芯片UC3524產(chǎn)生SPWM波形。

圖2 逆變模塊控制原理圖

由上圖2可知：DSP通過高速D／A轉(zhuǎn)換器向UC3524發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的半正弦調(diào)制波（參考信號），限流參考信號以及載波同步控制信號等控制量。以此來調(diào)節(jié)SPW調(diào)制波形；在圖的左部分，直直變換電路和脈寬調(diào)制芯片UC3524通過電壓、電流反饋構(gòu)成了一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，這是單個(gè)逆變器SPWM生成和穩(wěn)壓控制策略的核心。這樣能保證DSP還有大量的系統(tǒng)資源（系統(tǒng)時(shí)間）進(jìn)行各種控制算法以及模塊間數(shù)據(jù)傳輸，完成并機(jī)功能。