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基于DSP实现的一种新颖开关逆变电源

发布时间:2020-06-30 19:38:03 阅读: 来源:皂液器厂家

摘要:介绍了一种周波逆变器的结构及原理,并以TI的TMS320LF2407型数字信号处理器作为控制核心,取代传统的模拟控制方式,且给出了硬件和软件的设计方案。实验结果证明此系统的控制获得了良好的效果。

本文引用地址:关键词:周波变换器;数字信号处理器;高频链;数字电源

A Novel Switching-inverter Power Supply Based on DSP

YUAN Kai-fa, JIANG Huai-gang, HE Zhi-wei

Abstract:The configuration and theory for a novel cycle converter are presented,which is based on DSP TMS320LF2407 made in TI corporation as controller. At the same time,the design scheme of this system is given. The experiment shows the system achieves good dynamic and static performance.

Keywords:Cycle converter; DSP; High-frequency link; DPS

1 引言

随着工业和科学技术的发展,用户对电能质量的要求越来越高。包括市电在内的所有原始电能可能满足不了用户的要求,必须经过处理后才能使用,逆变技术在这种处理中起到了重要的作用。传统的逆变技术多为模拟控制或模拟与数字相结合的控制系统,其缺点为

1)控制电路的元器件比较多,体积庞大,结构复杂;

2)灵活性不够,硬件电路一旦设计完成,控制策略就不能改变;

3)调试比较麻烦,由于元器件特性的差异,致使电源一致性差,且模拟器件的工作点漂移,会导致系统参数的漂移,从而给调试带来不便。

因此,传统的逆变器在许多场合已不适应新的要求。

随着高速、廉价的数字信号处理器(DSP——Digital Signal Processor)的问世,于是便出现了数字电源(DPS——Digital Power Supply)。其优点有

1)数字化更容易实现数字芯片的处理和控制,避免模拟信号传递的畸变、失真,减少杂散信号的干扰;

2)便于系统调试;

3)如果将网络通迅和电源软件调试技术相结合,可实现远程遥感、遥测、遥调。

这些使得逆变电源数字化控制成为今后的发展趋势。

本文采用TI公司专门为电机及电力电子领域设计的TMS320LF2407型DSP作为控制器,介绍数字化周波逆变器的硬件设计和软件设计。

2 TMS320LF2407的结构特点

TMS320LF2407具有高速信号处理和数字化控制功能所必需的结构特点。将其优化的外设单元和高性能的DSP内核相结合,可以为各种类型电机提供高速和全变速的先进控制技术。其主要特点为

1)其系统运行主频达30MHz,使得指令周期缩短到33ns,绝大部份指令均可在单周期内完成,提高了控制器的实时能力。

2)2个事件管理器模块EVA和EVB,每个包括2个16位通用定时器;8个16位的脉宽调制(PWM)通道。它们能够实现三相反相器控制;PWM的对称和非对称波形;当外部引脚PDPINTx出现低电平时快速关闭PWM通道;可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输入触发脉冲;16通道A/D转换器等功能。事件管理模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。

3)10位A/D转换器最小转换时间为500ns,可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。

4)高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPIO)。

3 系统结构

本系统由主电路和控制电路两部分组成,如图1所示。主电路部分,采用移相式零电压、零电流(PS-ZVZCS)全桥变换器和相控周波变换器PCCYC(Phase Controlled Cycle Converter)。跟其它变换器相比,相控周波变换器始终都可以工作在第一、三象限,与移相技术相结合,可以极大地提高高频变压器的工作效率。同时,采用高频环进行逆变,因而无须采用工频变压器,使体积减小。全桥变换器部分,利用可饱和电感Lr和隔直电容Cr实现对环流的阻断,可以在很宽的负载范围内实现超前桥臂的ZVS和滞后桥臂的ZCS,减小了开关应力,降低了损耗,提高了工作效率。Lr和Cr的选择可参考文献[4]。控制部分,采用快速、高效的DSP作为核心控制器,通过光耦隔离,并有IGBT自保护的专门驱动芯片EXB841来驱动主电路中的功率开关管。与采样电路,保护电路配合,可对输出实行实时控制,具有较快的动态响应速度和良好的输出特性。

图1 系统结构图

4 工作原理

Q1~Q4构成全桥,Q5、Q6组成周波变换器。开关管的驱动波形如图2所示。

整个工作过程可分为4个阶段,下面分别说明。

第一阶段 Q1、Q4导通

当Q1、Q4(有相位差)导通,并让Q5提前导通,直流侧的能量便可传输到输出端。此时谐振电感储能,Q5软开通,减少了开关损耗。如图2中ug5所示。

图2 开关管的驱动波形

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