基于ADMC331的數(shù)字化逆變電源設(shè)計

1 引言
　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展，逆變電源越來越廣泛地被應(yīng)用于通信、軍事、航空、航天等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或者模擬與數(shù)字相結(jié)合的控制系統(tǒng)，其可靠性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本偏高且不利于產(chǎn)品更新?lián)Q代?，F(xiàn)代的逆變電源正朝著全數(shù)字化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。隨著高性能的數(shù)字信號處理器（DSP）的出現(xiàn)， 逆變電源全數(shù)字化的實現(xiàn)已經(jīng)成為可能。本文在對ADMC331進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，介紹了ADMC331控制器在全數(shù)字化逆變電源中的具體應(yīng)用。

　　2 ADMC331的結(jié)構(gòu)特點

　　ADMC331是美國模擬器件公司（ADI）推出的基于DSP技術(shù)的電機(jī)控制器，它在內(nèi)部集成了一個26MIPS（每秒百萬條指令）的定點數(shù)字信號處理器內(nèi)核，同時內(nèi)部還包括整套電機(jī)控制外圍線路，從而為用戶快速、高效地開發(fā)電機(jī)控制器創(chuàng)造了十分有利的條件。ADMC331的功能框圖如圖1所示，其主要特性如下：

　　●采用16位定點ADSP—2171作為內(nèi)核，與ADSP－2100數(shù)字信號處理系列的代碼完全兼容；它具有三個獨立的全功能計算單元，即： 一個16位算術(shù)/邏輯單元（ALU）、一個32位乘法累加器（MAC）和一個32位桶形移位器（SHIFTER）；同時具有兩個獨立的數(shù)據(jù)地址發(fā)生器 （DAGs）和一個強(qiáng)大的程序時序器。由于該器件的體系結(jié)構(gòu)為并行結(jié)構(gòu)，因而可加快程序的執(zhí)行。

●單周期指令執(zhí)行時間為38.5ns（外接13MHz晶振），可實現(xiàn)：產(chǎn)生下一個程序地址、取下一條指令、執(zhí)行一個或兩個數(shù)據(jù)移動操作、更新一個或兩個數(shù)據(jù)地址指針、執(zhí)行一個計算操作等功能。

　　●內(nèi)置有2k×24位程序存儲器ROM，2k×24位程序存儲器RAM和1k×16位數(shù)據(jù)存儲器RAM。

　　●具有一個三相16位基于中點的脈寬調(diào)制（PWM）發(fā)生器，能夠靈活編程產(chǎn)生具有處理器最小開銷的高精度PWM信號。

　　●帶有2路8位輔助脈寬調(diào)制（AUXPWM）通道，頻率可編程。

　　●具有七路Σ－Δ型A/D變換通道，最高分辨率為12位，最大采樣頻率可達(dá)32.5kHz。

　　●具有24個可編程數(shù)字輸入輸出（PIO）口，可單獨設(shè)置成輸入或輸出，支持狀態(tài)變化中斷。

　　●提供了2個雙緩沖同步串行口（SPORT0，SPORT1），可完成串行通訊和多處理器間的通信。

　　●帶有實時中斷的16位看門狗定時器。

　　●內(nèi)部程序存儲器ROM固化了一些實用程序，方便了系統(tǒng)的程序設(shè)計，減少了數(shù)字控制系統(tǒng)的程序計算時間。

　　3 應(yīng)用舉例

　　用ADMC331構(gòu)成全數(shù)字化逆變電源的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.1 PWM信號的形成

　　一般的全數(shù)字化逆變電源必須產(chǎn)生4路精確的PWM定時信號以驅(qū)動IGBT逆變橋，與此同時，驅(qū)動每對功率管的PWM信號必須有一段的導(dǎo)通延時，以防止上下 橋臂功率開關(guān)同時導(dǎo)通毀壞系統(tǒng)。PWM信號的產(chǎn)生是由ADMC331內(nèi)的PWM控制器來完成的，而ADMC331中PWM發(fā)生單元的靈活性和可編程性完全 能夠滿足不同方式的數(shù)字PWM的方法的要求。圖3為ADMC331三相PWM控制器的功能框圖。

　　ADMC331的PWM單元是建立在一個獨立的三相定時器基礎(chǔ)上，它可由三個確定的周期寄存器來控制，每個周期寄存器控制一對PWM輸出?？刂扑璧?DSP程序可根據(jù)應(yīng)用場合的要求以及所需要的PWM方案來編制。圖中PWMPOL可依據(jù)門極驅(qū)動電路的邏輯和結(jié)構(gòu)來選擇PWM輸出的極性，輸出的每一路 PWM信號都能通過獨立的使能寄存器PWMSEG來決定輸出使能或禁止。PWMTRIP是硬件保護(hù)電路，當(dāng)這個引腳為低電平時，整個系統(tǒng)被無條件復(fù)位以對 整個電路進(jìn)行保護(hù)。此外還有時鐘輸出信號CLKOUT和PWM的同步信號PWMSYNC等。

3.2 模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換接口電路

　　ADMC331內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器由7個模擬輸入通道和比較器等電路組成，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是通過判斷模擬輸入量與片內(nèi)高穩(wěn)定度鋸齒波的交點來實現(xiàn)的?？紤]到A/D 轉(zhuǎn)換器能接受的電平范圍為0～＋5V，因此必須將電壓互感器檢測的電壓和電流傳感器檢測的電流（轉(zhuǎn)換為電壓量）按照一定比例轉(zhuǎn)換到這個范圍內(nèi)。輸出電壓和 電流檢測接口電路分別如圖4和圖5所示，這部分電路的輸入阻抗應(yīng)比較大，以盡量減少對設(shè)備信號的影響，并且輸出阻抗應(yīng)同A/D轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗相匹配。

3.3 保護(hù)措施

　　為了保證IGBT模塊的正常安全運(yùn)行，防止異?，F(xiàn)象造成器件損壞和系統(tǒng)崩潰，一定要有完善的保護(hù)措施。全數(shù)字化逆變電源保護(hù)電路采用一片GAL芯片來對主 電路傳送來的系統(tǒng)過流、過壓、欠壓、異常等故障信號進(jìn)行封鎖。當(dāng)出現(xiàn)任何一種上述故障時，保護(hù)電路產(chǎn)生的信號可通過硬件方式直接封鎖逆變橋驅(qū)動信號的輸 出，這樣既保證了系統(tǒng)對故障響應(yīng)的快速性和可靠性，同時保護(hù)信號也可通過數(shù)字PIO口送入ADMC331以供軟件查詢，并由此判斷系統(tǒng)是否有故障產(chǎn)生以及 故障的類型，以便系統(tǒng)能夠提供相應(yīng)的故障處理程序和報警顯示。

　　另外，ADMC331還外接了一個存儲有程序執(zhí)行指令機(jī)器碼的E2PROM，這些指令可在上電后通過串行口程序自行導(dǎo)入，并且采用MAX232芯片作為TTL與RS232的電平轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)ADMC331與外界的通訊。

4 結(jié)束語

　　隨著對綠色家用電器要求的不斷增強(qiáng)，開發(fā)環(huán)保無污染的電源已是當(dāng)務(wù)之急。采用高性能嵌入式DSP電機(jī)控制器ADMC331設(shè)計的綠色環(huán)保逆變電源，可以實現(xiàn)真正意義上的全數(shù)字化控制，它不僅提高了控制電路的集成度，更重要的是提高了控制電路乃至整個系統(tǒng)的可靠性和可塑性。