一款基于DSP的三相SPWM變頻電源電路的設(shè)計(jì)

圖6定時(shí)器周期中斷流程圖

A/D采樣子程序

主要完成線電流采樣和線電壓采樣。為確保電壓與電流信號(hào)間沒有相對(duì)相移，本部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采樣方式。為提高采樣精度，在A/D中斷子程序中采用均值濾波的方法。

對(duì)A相電壓和電流A/D的同步采樣部分代碼如下：

interrupt void adc_isr（void）

{

if（counter==0）

{

receive_a0_data[i++] = AdcRegs.ADCRESULT0>>4；//右移四位

receive_b0_data[j++] = AdcRegs.ADCRESULT1>>4；//右移四位

}

if（counter>=1）

{ //對(duì)結(jié)果取平均，平滑濾波

receive_a0_data[i++] = （receive_a0_data[i0++]+（AdcRegs.ADCRESULT0>>4））/2；

receive_b0_data[j++] = （receive_b0_data[j0++]+（AdcRegs.ADCRESULT1>>4））/2；

}

if（i==512） {i=0；i0=0；}

if（j==512） {j=0；j0=0；counter++；}

AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1 =1；//復(fù)位排序器

AdcRegs.ADCST.bit.INT_SEQ1_CLR = 1；//清中斷標(biāo)志位

PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1；//開中斷應(yīng)答

}

數(shù)據(jù)處理算法

本系統(tǒng)主要用到以下算法：（1）SVPWM算法（2）PID調(diào)節(jié)算法（3）頻率檢測(cè)算法

SVPWM算法

變頻電源的核心就是SVPWM波的產(chǎn)生，SPWM波是以正弦波作為基準(zhǔn)波（調(diào)制波），用一列等幅的三角波（載波）與基準(zhǔn)正弦波相比較產(chǎn)生PWM波的控制方式。當(dāng)基準(zhǔn)正弦波高于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件導(dǎo)通；當(dāng)基準(zhǔn)正弦波低于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件截止。由此，逆變器的輸出電壓波形為脈沖列，其特點(diǎn)是：半個(gè)周期中各脈沖等距等幅不等寬，總是中間寬，兩邊窄，各脈沖面積與該區(qū)間正弦波下的面積成比例。這種脈沖波經(jīng)過低通濾波后可得到與調(diào)制波同頻率的正弦波，正弦波幅值和頻率由調(diào)制波的幅值和頻率決定。

圖7不規(guī)則采樣法生成SPWM波原理圖

本文采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法，即在三角波的頂點(diǎn)位置與低點(diǎn)位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣，它形成的階梯波更接近正弦波。不規(guī)則采樣法生成SPWM波原理如圖7所示。圖中，Tc是載波周期，M是調(diào)制度，N為載波比，Ton為導(dǎo)通時(shí)間。

由圖7得：

當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)代表頂點(diǎn)采樣，k為奇數(shù)時(shí)代表底點(diǎn)采樣。

SVPWM算法實(shí)現(xiàn)過程：

利用F28335內(nèi)部的事件管理器模塊的3個(gè)全比較單元、通用定時(shí)器1、死區(qū)發(fā)生單元及輸出邏輯可以很方便地生成三相六路SPWM波形。實(shí)際應(yīng)用時(shí)在程序的初始化部分建立一個(gè)正弦表，設(shè)置通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式為連續(xù)增計(jì)數(shù)方式，在中斷程序中調(diào)用表中的值即可產(chǎn)生相應(yīng)的按正弦規(guī)律變化的SPWM波。SPWM波的頻率由定時(shí)時(shí)間與正弦表的點(diǎn)數(shù)決定。

SVPWM算法的部分代碼如下：

void InitEv（void）

{

EALLOW；

GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x00FF；

EDIS；

EvaRegs.EVAIFRA.all = 0xFFFF；//清除中斷標(biāo)志

EvaRegs.T1PR= 2500；//定時(shí)器1周期值；定時(shí)0.4us*2500=1ms

EvaRegs.T1CMPR = XPWM；//比較值初始化

EvaRegs.T1CNT = 0；EvaRegs.T1CON.all = 0xF54E；//增模式；TPS系數(shù)80M/32=2.5M；T1使能；

EvaRegs.ACTR.all = 0x0006； //PWM1，2低有效

EvaRegs.DBTCONA.all = 0x0534； //使能死區(qū)定時(shí)器1，分頻80M/32=2.5M，死區(qū)時(shí)

//間5*0.4us=2us

EvaRegs.COMCONA.all = 0xA600； //比較控制寄存器

EvaRegs.EVAIMRA.all = 0x0080；

}

PID調(diào)節(jié)算法

在實(shí)際控制中很多不穩(wěn)定因素易造成增量較大，進(jìn)而造成輸出波形的不穩(wěn)定性，因此必須采用增量式PID算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。PID算法數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Upresat（t）= Up（t）+ Ui（t）+ Ud（t）

其中，Up（t）是比例調(diào)節(jié)部分，Ui（t）是積分調(diào)節(jié)部分，Ud（t）是微分調(diào)節(jié)部分。

本文通過對(duì)A/D轉(zhuǎn)換采集來的電壓或電流信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)輸出的SPWM波進(jìn)行脈沖寬度的調(diào)整，使系統(tǒng)輸出的電壓保持穩(wěn)定。

PID調(diào)節(jié)算法的部分代碼如下：

float PIDCalc（ PID *pp， int NextPoint ）

{

int dError，Error；

Error=pp->SetPoint*10-NextPoint； //偏差

pp->SumError+= Error； //積分

dError=pp->LastError-pp->PrevError； //當(dāng)前微分

pp->PrevError = pp->LastError；

pp->LastError = Error；

return

（（pp->Proportion） * Error //比例項(xiàng)

+ （pp->Integral） * （pp->SumError） //積分項(xiàng)

+ （pp->Derivative） * dError）； //微分項(xiàng)

}

頻率檢測(cè)算法

頻率檢測(cè)算法用來檢測(cè)系統(tǒng)輸出電壓的頻率。用TMS320F28335片上事件管理器模塊的捕獲單元捕捉被測(cè)信號(hào)的有效電平跳變沿，并通過內(nèi)部的計(jì)數(shù)器記錄一個(gè)周波內(nèi)標(biāo)頻脈沖個(gè)數(shù)，最終進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算后得到被測(cè)信號(hào)頻率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測(cè)量波形

在完成上述硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文采用特定的PWM控制策略，使逆變器拖動(dòng)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行，并進(jìn)行了短路、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等實(shí)驗(yàn)，證明采用逆變器性能穩(wěn)定，能可靠地實(shí)現(xiàn)過流和短路保護(hù)。圖8是電機(jī)在空載條件下，用數(shù)字示波器記錄的穩(wěn)態(tài)電壓波形。幅度為35V，頻率為60Hz.

圖8輸出線電壓波形

測(cè)試數(shù)據(jù)

在不同頻率及不同線電壓情況下的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1不同輸出頻率及不同線電壓情況下實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果分析

由示波器觀察到的線電壓波形可以看出，波形接近正弦波，基本無失真；由表中數(shù)據(jù)可以看出，不同頻率下，輸出線電壓最大的絕對(duì)誤差只有0.6V，相對(duì)誤差為1.7%.

結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的三相正弦波變頻電源，由于采用了不對(duì)稱規(guī)則采樣算法和PID算法使輸出的線電壓波形基本為正弦波，其絕對(duì)誤差小于1.7%；同時(shí)具有故障保護(hù)功能，可以自動(dòng)切斷輸入交流電源。因此本系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單、抗干擾性能好、控制效果佳等優(yōu)點(diǎn)，便于工程應(yīng)用，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。