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精品文檔-下載后可編輯基于DSP技術(shù)的三相逆變電源之SPWM原理簡(jiǎn)析-設(shè)計(jì)應(yīng)用
DSP技術(shù)芯片的出現(xiàn)極大的改善了開關(guān)電源的研發(fā)和設(shè)計(jì)思路,也為工程師的研發(fā)工作提供了諸多便利。在今明兩天的方案分享中,我們將會(huì)為大家分享一種基于DSP技術(shù)的三相逆變電源設(shè)計(jì)方案。在今天的分享中,我們首先就這一三相逆變電源的SPWM調(diào)制原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和分析。
在本方案所設(shè)計(jì)的這一基于DSP技術(shù)而研制的逆變器電路中,部分主要采用的是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的TMS320LF2407ADSP芯片。在確定了DSP技術(shù)芯片的控制理念后,接下來(lái)我們就能夠根據(jù)數(shù)字控制思想構(gòu)建通用的變換器系統(tǒng)平臺(tái)。此變換器平臺(tái)硬件上具有通用性,不僅適用于500W的三相逆變電源,對(duì)于輸出性能有不同要求的逆變器,只需對(duì)軟件進(jìn)行修改即可滿足要求。本方案的設(shè)計(jì)指標(biāo)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(shù)(THD)2%。系統(tǒng)原理圖如下圖圖1所示。
圖1基于DSP技術(shù)的三相逆變電源系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)構(gòu)成
從圖1所給出的系統(tǒng)原理圖可知,整個(gè)基于DSP技術(shù)芯片所研發(fā)的三相逆變電源系統(tǒng)由輸入整流濾波、全橋逆變、輸出濾波、驅(qū)動(dòng)隔離、數(shù)字控制器、輔助電源等部分構(gòu)成。其中,基于DSP技術(shù)的數(shù)字控制器主要為功率電路中給開關(guān)管提供門極驅(qū)動(dòng)數(shù)字信號(hào)。
在整個(gè)三相逆變電源系統(tǒng)中,特定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是根據(jù)控制指令的比較綜合,通過(guò)某種調(diào)節(jié)規(guī)律及調(diào)節(jié)方式獲得的。在數(shù)字控制器DSP中,還包括時(shí)序控制等。而驅(qū)動(dòng)隔離部分主要是給功率主電路的開關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)模擬信號(hào),即通過(guò)電位隔離和功率放大,在數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)之間架起一座橋梁。輔助電源主要是向控制、驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)電源和控制電源。輸入整流部分完成ACDC的轉(zhuǎn)換,逆變橋部分完成DC-AC的轉(zhuǎn)換。
SPWM調(diào)制原理
在了解了這一基于DSP技術(shù)所設(shè)計(jì)的三相逆變電源系統(tǒng)構(gòu)成情況后,接下來(lái)我們?cè)賮?lái)看一下SPWM調(diào)制原理。在采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論,相信很多工程師都非常清楚,那就是沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上,其基本效果相同。這個(gè)結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。
在本方案中,我們所設(shè)計(jì)的這一三相逆變電源,其主系統(tǒng)產(chǎn)生脈寬調(diào)制波的基本方法也正是基于上文中所提及的采樣控制理論而設(shè)計(jì)的。我們選擇把一個(gè)正弦波的每半個(gè)周期分成等分,然后把每等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來(lái)代替,則各脈沖的寬度將按正弦規(guī)律變化。通常選正弦波為調(diào)制波,以高頻率的等腰三角形作為載波,由之相交構(gòu)成正弦波脈沖調(diào)制(SPWM)。在這一三相逆變電源系統(tǒng)中,產(chǎn)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。然后利用通用定時(shí)器T1的周期中斷T1PINT作為載波周期中斷,此時(shí)T1的計(jì)時(shí)器周期相當(dāng)于載波周期。此時(shí)T1的計(jì)數(shù)模式應(yīng)設(shè)為連續(xù)增減模式,而CPU的時(shí)鐘頻率則應(yīng)當(dāng)設(shè)定為40MHz,同時(shí)設(shè)置T1CON中的定標(biāo)系數(shù)為4,即T1的輸出頻率為10MHz,計(jì)數(shù)周期為100ns。
在完成了T1技術(shù)模式和CPU時(shí)鐘頻率的設(shè)計(jì)后,接下來(lái)我們就需要根據(jù)占空比表達(dá)式計(jì)算出每個(gè)矩形脈沖的占空比,用占空比乘以周期寄存器的值,從而計(jì)算出比較寄存器的值,并使脈沖個(gè)數(shù)指針加1。在完成了上述操作后,接下來(lái)我們需要從周期中斷子程序中將計(jì)算所得的比較寄存器的值,送到比較寄存器中,并置相應(yīng)的標(biāo)志位。主程序根據(jù)標(biāo)志位來(lái)判斷是否已完成一個(gè)周期的操作,如果標(biāo)志位已置1,則清標(biāo)志位,調(diào)計(jì)算占空比子程序,然后進(jìn)入等待狀態(tài);如果標(biāo)志位未置1,則直接進(jìn)入等待狀態(tài)。
在這一基于DSP技術(shù)的三相逆變電源設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制,我們特別采用了查表法來(lái)進(jìn)行占空比的計(jì)算,即事先離線計(jì)算出每個(gè)開關(guān)角對(duì)應(yīng)的占空比。這一步驟可由語(yǔ)言(如C或C++等)來(lái)完成,其等分?jǐn)?shù)可由一變量DIVIDE來(lái)控制,列成表格(400個(gè)點(diǎn)),然后將其存放
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