簡析:基於DSP技術的三相逆變電源設計
發布時間:2016-01-05 責任編輯:echolady
【導讀】DSP技術改善了現實生活中有關於開關電源的設計和研發,在研發過程中提供了便利。本文要分享的是基於DSP技術的三相逆變電源的設計方案,首先來簡析一下三相逆變電源的SPWM調製原理。
在本方案所設計的這一基於DSP技術而研製的逆變器電路中,核心部分主要采用的是美國TI公司生產的TMS320LF2407A DSP芯片。在確定了DSP技(ji)術(shu)芯(xin)片(pian)的(de)核(he)心(xin)控(kong)製(zhi)理(li)念(nian)後(hou),接(jie)下(xia)來(lai)我(wo)們(men)就(jiu)能(neng)夠(gou)根(gen)據(ju)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)思(si)想(xiang)構(gou)建(jian)通(tong)用(yong)的(de)變(bian)換(huan)器(qi)係(xi)統(tong)平(ping)台(tai)。此(ci)變(bian)換(huan)器(qi)平(ping)台(tai)硬(ying)件(jian)上(shang)具(ju)有(you)通(tong)用(yong)性(xing),不(bu)僅(jin)適(shi)用(yong)於(yu)500W的三相逆變電源,對於輸出性能有不同要求的逆變器,隻需對軟件進行修改即可滿足要求。本方案的設計指標為輸入電壓220V(AC),輸出電壓110V(AC),頻率50Hz,輸出功率500W,輸出電流4.5A,輸出總諧波因數(THD)2%。係統原理圖如下圖圖1所示。

圖1 基於DSP技術的三相逆變電源係統原理圖
係統構成
從圖1所給出的係統原理圖可知,整個基於DSP技術芯片所研發的三相逆變電源係統由輸入整流濾波、全橋逆變、輸出濾波、驅動隔離、數字控製器、輔助電源等部分構成。其中,基於DSP技術的數字控製器主要為功率電路中給開關管提供門極驅動數字信號。
在整個三相逆變電源係統中,特定的驅動信號是根據控製指令的比較綜合,通過某種調節規律及調節方式獲得的。在數字控製器DSP中(zhong),還(hai)包(bao)括(kuo)時(shi)序(xu)控(kong)製(zhi)等(deng)。而(er)驅(qu)動(dong)隔(ge)離(li)部(bu)分(fen)主(zhu)要(yao)是(shi)給(gei)功(gong)率(lv)主(zhu)電(dian)路(lu)的(de)開(kai)關(guan)管(guan)提(ti)供(gong)驅(qu)動(dong)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao),即(ji)通(tong)過(guo)電(dian)位(wei)隔(ge)離(li)和(he)功(gong)率(lv)放(fang)大(da),在(zai)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)與(yu)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)架(jia)起(qi)一(yi)座(zuo)橋(qiao)梁(liang)。輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)主(zhu)要(yao)是(shi)向(xiang)控(kong)製(zhi)、驅動電路提供驅動電源和控製電源。輸入整流部分完成ACDC的轉換,逆變橋部分完成DC-AC的轉換。
SPWM調製原理
在了解了這一基於DSP技術所設計的三相逆變電源係統構成情況後,接下來我們再來看一下SPWM調tiao製zhi原yuan理li。在zai采cai樣yang控kong製zhi理li論lun中zhong有you一yi個ge重zhong要yao結jie論lun,相xiang信xin很hen多duo工gong程cheng師shi都dou非fei常chang清qing楚chu,那na就jiu是shi衝chong量liang相xiang等deng而er形xing狀zhuang不bu同tong的de窄zhai脈mai衝chong加jia在zai具ju有you慣guan性xing的de環huan節jie上shang,其qi基ji本ben效xiao果guo相xiang同tong。這zhe個ge結jie論lun是shiPWM控製的重要理論基礎。
在zai本ben方fang案an中zhong,我wo們men所suo設she計ji的de這zhe一yi三san相xiang逆ni變bian電dian源yuan,其qi主zhu係xi統tong產chan生sheng脈mai寬kuan調tiao製zhi波bo的de基ji本ben方fang法fa也ye正zheng是shi基ji於yu上shang文wen中zhong所suo提ti及ji的de采cai樣yang控kong製zhi理li論lun而er設she計ji的de。我wo們men選xuan擇ze把ba一yi個ge正zheng弦xian波bo的de每mei半ban個ge周zhou期qi分fen成cheng等deng分fen,然ran後hou把ba每mei等deng分fen的de正zheng弦xian曲qu線xian與yu橫heng軸zhou所suo包bao圍wei的de麵mian積ji用yong一yi個ge與yu此ci麵mian積ji相xiang等deng的de等deng高gao矩ju形xing脈mai衝chong來lai代dai替ti,則ze各ge脈mai衝chong的de寬kuan度du將jiang按an正zheng弦xian規gui律lv變bian化hua。通tong常chang選xuan正zheng弦xian波bo為wei調tiao製zhi波bo,以yi高gao頻pin率lv的de等deng腰yao三san角jiao形xing作zuo為wei載zai波bo,由you之zhi相xiang交jiao構gou成cheng正zheng弦xian波bo脈mai衝chong調tiao製zhi(SPWM)。在這一三相逆變電源係統中,產生SPWM波的步驟如下:
首先,采用載波頻率為20kHz,即載波周期為50s。然後利用通用定時器T1的周期中斷T1PINT作為載波周期中斷,此時T1的計時器周期相當於載波周期。此時T1的計數模式應設為連續增減模式,而CPU的時鍾頻率則應當設定為40MHz,同時設置T1CON中的定標係數為4,即T1的輸出頻率為10MHz,計數周期為100ns。
在完成了T1技術模式和CPU時shi鍾zhong頻pin率lv的de設she計ji後hou,接jie下xia來lai我wo們men就jiu需xu要yao根gen據ju占zhan空kong比bi表biao達da式shi計ji算suan出chu每mei個ge矩ju形xing脈mai衝chong的de占zhan空kong比bi,用yong占zhan空kong比bi乘cheng以yi周zhou期qi寄ji存cun器qi的de值zhi,從cong而er計ji算suan出chu比bi較jiao寄ji存cun器qi的de值zhi,並bing使shi脈mai衝chong個ge數shu指zhi針zhen加jia1。在(zai)完(wan)成(cheng)了(le)上(shang)述(shu)操(cao)作(zuo)後(hou),接(jie)下(xia)來(lai)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)從(cong)周(zhou)期(qi)中(zhong)斷(duan)子(zi)程(cheng)序(xu)中(zhong)將(jiang)計(ji)算(suan)所(suo)得(de)的(de)比(bi)較(jiao)寄(ji)存(cun)器(qi)的(de)值(zhi),送(song)到(dao)比(bi)較(jiao)寄(ji)存(cun)器(qi)中(zhong),並(bing)置(zhi)相(xiang)應(ying)的(de)標(biao)誌(zhi)位(wei)。主(zhu)程(cheng)序(xu)根(gen)據(ju)標(biao)誌(zhi)位(wei)來(lai)判(pan)斷(duan)是(shi)否(fou)已(yi)完(wan)成(cheng)一(yi)個(ge)周(zhou)期(qi)的(de)操(cao)作(zuo),如(ru)果(guo)標(biao)誌(zhi)位(wei)已(yi)置(zhi)1,則清標誌位,調計算占空比子程序,然後進入等待狀態;如果標誌位未置1,則直接進入等待狀態。
在這一基於DSPjishudesanxiangnibiandianyuanshejiguochengzhong,weileshixianshishikongzhi,womentebiecaiyonglezhabiaofalaijinxingzhankongbidejisuan,jishixianlixianjisuanchumeigekaiguanjiaoduiyingdezhankongbi。zheyibuzhoukeyougaojiyuyan(如C或C++等)來完成,其等分數可由一變量DIVIDE來控製,列成表格(400個點),然後將其存放在數據區,等候隨時調用進行比較寄存器值的計算。實驗中如要調整載波頻率,即保持T1PR得值不變,隻需相應地改變T1的定標係數就可以改變載波頻率,因此保證了算法的適應性。
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