中心議題：

• TMS320LF2407的結構特點
• 係統結構
• 工作原理

1  引言

隨sui著zhe工gong業ye和he科ke學xue技ji術shu的de發fa展zhan，用yong戶hu對dui電dian能neng質zhi量liang的de要yao求qiu越yue來lai越yue高gao。包bao括kuo市shi電dian在zai內nei的de所suo有you原yuan始shi電dian能neng可ke能neng滿man足zu不bu了le用yong戶hu的de要yao求qiu，必bi須xu經jing過guo處chu理li後hou才cai能neng使shi用yong，逆ni變bian技ji術shu在zai這zhe種zhong處chu理li中zhong起qi到dao了le重zhong要yao的de作zuo用yong。傳chuan統tong的de逆ni變bian技ji術shu多duo為wei模mo擬ni控kong製zhi或huo模mo擬ni與yu數shu字zi相xiang結jie合he的de控kong製zhi係xi統tong
，其qi缺que點dian為wei

1）控製電路的元器件比較多
，體積龐大

，結構複雜；

2）靈活性不夠，硬件電路一旦設計完成，控製策略就不能改變；

3）tiaoshibijiaomafan，youyuyuanqijiantexingdechayi，zhishidianyuanyizhixingcha，qiemoniqijiandegongzuodianpiaoyi，huidaozhixitongcanshudepiaoyi，congergeitiaoshidailaibubian。

因此
，傳統的逆變器在許多場合已不適應新的要求。

隨著高速、廉價的數字信號處理器（DSP——Digital Signal Processor）的問世，於是便出現了數字電源（DPS—— Digital Power Supply）。其優點有

1）數字化更容易實現數字芯片的處理和控製，避免模擬信號傳遞的畸變、失真，減少雜散信號的幹擾
；

2）便於係統調試
；

3）如果將網絡通迅和電源軟件調試技術相結合，可實現遠程遙感
、遙測、遙調。

這些使得逆變電源數字化控製成為今後的發展趨勢。

本文采用TI公司專門為電機及電力電子領域設計的TMS320LF2407型DSP作為控製器
，介紹數字化周波逆變器的硬件設計和軟件設計。

2  TMS320LF2407的結構特點

TMS320LF2407具有高速信號處理和數字化控製功能所必需的結構特點。將其優化的外設單元和高性能的DSP內核相結合
，可以為各種類型電機提供高速和全變速的先進控製技術。其主要特點為

1）其係統運行主頻達30MHz，使得指令周期縮短到33ns
，絕大部份指令均可在單周期內完成
，提高了控製器的實時能力。

2）2個事件管理器模塊EVA和EVB，每個包括2個16位通用定時器；8個16位的脈寬調製（PWM）通道。它們能夠實現三相反相器控製；PWM的對稱和非對稱波形
；當外部引腳PDPINTx出現低電平時快速關閉PWM通道
；可編程的PWM死區控製以防止上下橋臂同時輸入觸發脈衝
；16 通道A/D轉換器等功能。事件管理模塊適用於控製交流感應電機
、無刷直流電機、開關磁阻電機、步進電機
、多級電機和逆變器。

3）10位A/D轉換器最小轉換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發兩個8通道輸入A/D轉換器或一個16通道輸入的A/D轉換器。

4）高達40個可單獨編程或複用的通用輸入/輸出引腳(GPIO)。

3  係統結構

本係統由主電路和控製電路兩部分組成，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(san)象(xiang)限(xian)，與(yu)移(yi)相(xiang)技(ji)術(shu)相(xiang)結(jie)合(he)，可(ke)以(yi)極(ji)大(da)地(di)提(ti)高(gao)高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)。同(tong)時(shi)，采(cai)用(yong)高(gao)頻(pin)環(huan)進(jin)行(xing)逆(ni)變(bian)
，因(yin)而(er)無(wu)須(xu)采(cai)用(yong)工(gong)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)
，使(shi)體(ti)積(ji)減(jian)小(xiao)。全(quan)橋(qiao)變(bian)換(huan)器(qi)部(bu)分(fen)，利(li)用(yong)可(ke)飽(bao)和(he)電(dian)感(gan)Lr和隔直電容Cr實現對環流的阻斷，可以在很寬的負載範圍內實現超前橋臂的ZVS和滯後橋臂的ZCS

，減小了開關應力
，降低了損耗，提高了工作效率。Lr和Cr的選擇可參考文獻[4]。控製部分，采用快速、高效的 DSP作為核心控製器，通過光耦隔離
，並有IGBT自保護的專門驅動芯片EXB841來驅動主電路中的功率開關管。與采樣電路，保護電路配合
，可對輸出實行實時控製
，具有較快的動態響應速度和良好的輸出特性。

係統結構圖
                                        
                                                                                     圖1  係統結構圖
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4  工作原理

Q1～Q4構成全橋，Q5、Q6組成周波變換器。開關管的驅動波形如圖2所示。

開關管的驅動波形
                                 
                                                                       圖2  開關管的驅動波形

整個工作過程可分為4個階段，下麵分別說明。

第一階段  Q1、Q4導通

當Q1、Q4（有相位差）導通
，並讓Q5提前導通，直流側的能量便可傳輸到輸出端。此時諧振電感儲能，Q5軟開通，減少了開關損耗。如圖2中 ug5所示。

第二階段  諧振

由於電路隔直電容和諧振電感（包括變壓器中漏感）諧振，電感在第一階段所保存的能量得以釋放。當諧振電流到零時，關斷Q1。此階段Q2、Q4導通

，Q5延遲一段時間再關斷。如圖2中ug5所示。

第三階段  Q2，Q3導通

在此階段，使Q6在Q2，Q3導通前提前導通。當Q2，Q3（Q1，Q2之間有死區）導通時，直流側的能量便可傳遞到輸出端，此時Q6為軟開通。如圖2中ug6所示。

第四階段  諧振

工作原理同第二階段類似
，此時電流方向與第二階段相反，當電感上的能量釋放完畢，關斷Q6。此時一個周期便結束
，開始下一個周期。

從圖1可以看出，無論變壓器副邊電壓極性如何
，若Q5導通、Q6關斷
，則輸出端OUT1為正，OUT2為負；若Q6導通，而Q5關斷，則 OUT2為正，而OUT1為負。所以，控製Q5，Q6的導通順序，即可控製輸出端的極性，並可獲得多種波形，例如交流
、脈衝等波形均可實現。如要輸出正弦波的正半周時

，PULS1控製Q1
，Q4，PULS2控製Q2，Q3，並同時讓Q5，Q6相應地提前導通，便可輸出正弦波的正半周，如圖3所示。

輸出正弦波的正半周

                                                   
                                                                                 （a）  驅動波形

輸出正弦波的正半周
                                                        
                                                                                     （b） 輸出波形

                                                                              圖3  輸出正弦波的正半周