【正文】 504 接收并轉(zhuǎn)換 SPWM 信號(hào)，配合使用 PC817 接收并轉(zhuǎn)換 IPM 的 F0故障輸出信號(hào)， 輸出低電平有效，所以直接將四路 接入 DSP 的 中斷接口，當(dāng)故障信號(hào)發(fā)生時(shí)， DSP 將中斷SPWM 控制波的生成。 F2 . 2 181。 DSP 與 IPM 的連接電路 IPM 的特點(diǎn)是集功率變換、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路于一體，但是在實(shí)際的使用過程中，僅僅依靠其內(nèi)部集成的驅(qū)動(dòng)裝置是不夠的，輸入控制信號(hào)與驅(qū)動(dòng)輸出之間必須有良好的電氣隔離，驅(qū)動(dòng)輸出直接連接 IPM 模塊，與強(qiáng)電相連。 圖 IPM和 DSP的連接電路 如上所述， IPM模塊將 IGBT所需的外圍電路都集成到了模塊之內(nèi)，所以它與T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 AP W M 1P W M 2P W M 3P W M 4P W M 5P W M 6P D P I N T AV s sV c cH C P L 4 5 0 4P C 8 1 7V s sV c cI nF oG N D單 元 1單 元 6 F oUu p cVpU1u pV5 65 45 24 74 44 07同 上 ， 省 略27 CPU的連接非常簡(jiǎn)單。故障信號(hào)經(jīng)光耦隔離后連向 CPU的第 7腳，該腳的下降沿將使 CPU關(guān)斷PWM1到 PWM6所有的脈沖信號(hào)。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求， DSP芯片具有精度高、可靠性高、集成度高、接口方便、靈活性好、保密性好、時(shí)分復(fù)用等特點(diǎn) 。系統(tǒng)采用定點(diǎn)、低功耗 ，高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)， 30MIPS的執(zhí)行速度，較短的指令周期 (33ns)，片內(nèi)有 32K的閃存，并且閃存包含 256B的擴(kuò)展 ROM，片內(nèi)光電編程接口電路，芯片提供了一個(gè)適合不同外設(shè)的內(nèi)存，滿足各種要求的具體性能。 V C Co s c i l l a t o rG N D C L K O U TX T A L 2X T A L 1 / C L K I NT M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A12+ 3 . 3 V43R 13 3 Ω1 2 41 2 3 圖 晶振電路 ② 復(fù)位電路設(shè)計(jì) TMS320LF2407A DSP 芯片的引腳 RS 是復(fù)位信號(hào)輸入端，當(dāng)該引腳電平為低時(shí)使 DSP 芯片復(fù)位。在過渡過程中的一部分時(shí)間中，存在 ＜ 的情況，則上電比較器就會(huì)輸出低電平送到復(fù)位發(fā)生器中，從而產(chǎn)生 200ms 的復(fù)位脈沖輸出。 電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，要把 TMS320LF2407 的所有電源引腳連到各自的供電電源上。 7805 的 +5V 輸出電壓作為 7333 的輸入電壓接入 IN 管腳，由 OUT 管腳輸出 + DSP。該信號(hào) /RS_DSP 接到 DSP 的復(fù)位引腳上。如果硬件設(shè)計(jì)不當(dāng)，很容易造成干擾，而產(chǎn)生誤判斷和誤動(dòng)作。用 DSP產(chǎn)生多相正弦波有多種方法，如采用 D/A轉(zhuǎn)換器。 31 第 4 章 逆變電源的軟件設(shè)計(jì) 通常，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要控制很多中小功率的三相逆變器。 電源電路結(jié)構(gòu)圖如圖 。 表 HER608參數(shù)表 電源插孔 J1 標(biāo)識(shí)為內(nèi)正外負(fù)， 5V 穩(wěn)壓直流電源輸入。這里使用 TI 公司的 TPS7333 來設(shè)計(jì)電源供電電路。 ： 存儲(chǔ)器接口電路的設(shè)計(jì) ： 主要考慮存儲(chǔ)器速度，以確定需插入幾個(gè)等待狀態(tài)。 MAX708 與 TMS320LF2407A 接口如圖 所示。 晶 振1 0 M H Z外 部程 序 存 儲(chǔ) 器復(fù) 位 電 路T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A圖 DSP最小系統(tǒng)框圖 ① 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 本文采用封裝好的晶體振蕩器，將外部時(shí)鐘源直接輸入 X2/CLKIN 引腳，而將 X1 引腳懸空，如圖 所示。 DSP 的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下： 采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，高度的操作“并行性”，支持流水線操作，片內(nèi)含有專門的硬件乘法器和高性能的運(yùn)算器及累加器，提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。 DSP芯片也稱數(shù)字信號(hào)處理芯片，是一種特別適合進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)各種快速實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理算法。與 DSP的具體接線如圖 。而且此隔離電路必須放大 SPWM 控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)還要保證轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度。在 M57120L 的輸入端加一路 113V400V 的直流電壓可以在輸出端得到一路 20V 的直流電壓，在 M5714001 的輸入端加一路18V~22V 的直流電壓，輸出端可以得到 4 路相互隔離的 15V 電壓。 M5714001 和 M57120L 是三菱公PDPINT12571 11 2347891 01 11 21 31 46521M 5 7 1 2 0 L0+ 1 5+ 1 500+ 1 5+ 1 50M 5 7 1 4 0 0 13 3 0 181?？刂菩盘?hào)一般由單片機(jī)或 DSP 輸出，為了避免強(qiáng)電對(duì)其干擾，兩者之間必須進(jìn)行電氣隔離。 IPM 的設(shè)計(jì) 智能功率模塊 IPM 的介紹 智能功率模塊 IPM（ Intelligent Power Module） 不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，而且還內(nèi)藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到 CPU或 DSP作中斷處理，它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門級(jí)驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。 3 247。 )/(1 CL ?? ?所對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率 cf ， )2/(1 LCfc ?? 。本系統(tǒng)中選用 NICHICON 耐壓為 450V，1500? F 電解電容 ， 兩個(gè)電容串聯(lián)以提高耐壓 ， 防止開機(jī) 和停機(jī)瞬間沖擊電壓過大而損壞電容?？紤]到輸入電壓的波動(dòng)及降額使用，本電源選擇了 6A、 1000V 的整流二極管。本文設(shè)計(jì)的電源的額定輸出功率，考慮到濾波器的損耗以及功率開關(guān)管的開關(guān)損耗，設(shè)效率為 η=80% ，則有 P=1000/=1250W。 IPM 所需的 +15V電源由三菱公司專門配置的 M57120L 和 M5714001 配合產(chǎn)生。 逆變電路采用三菱公司的 IPM 模塊構(gòu)成三相橋式逆變器。 DSP 系統(tǒng)的逆變電源硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu)圖 圖 硬件結(jié)構(gòu)框圖 整流器IPM濾波電路電源驅(qū) 動(dòng) 電 路控 制 電 路~ 2 2 0 VUVWD S P主 電 路濾波電路負(fù)載22 基于 DSP控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 。 三相四橋臂逆變器雖然帶不平衡負(fù)載的能力較強(qiáng)，但其電路拓?fù)漭^復(fù)雜、所用功率器件數(shù)較多、控制也復(fù)雜。 21 第 3 章 基于 DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展和各個(gè)行業(yè)對(duì)電氣設(shè)備控制性能要求的提高，逆變技術(shù)在許多領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，作為逆變的一種重要形式，三相逆變器廣泛應(yīng)用于用電量大或三相四線制供電負(fù)載場(chǎng)合，其電路拓?fù)渲饕腥嗳珮蚴健⑷喟霕蚴健⑷嗨臉蛲问降冉Y(jié)構(gòu)。同樣，可預(yù)先根據(jù) N值計(jì)算出幅值為1的正弦函數(shù)對(duì)應(yīng)于各個(gè) k點(diǎn)的取值，并把計(jì)算結(jié)果制成基準(zhǔn)正弦函數(shù)表，存于EPROM中以便查找。相當(dāng)于一周的 1/3，因此必須取載波比 N為 3的整數(shù)倍。通過這些值，可計(jì)算出各相的開關(guān)時(shí)間。 當(dāng) CPU 接受中斷請(qǐng)求時(shí)，為了區(qū)別這些引起中斷的外設(shè)事件，在每個(gè)外設(shè)中斷請(qǐng)求有效時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)唯一的外設(shè)中斷向量，這個(gè)外設(shè)中斷向量被裝載到外設(shè)中斷向量寄存器（ PIVR）里面。如果一個(gè)引起中斷的外設(shè)事件發(fā)生且相應(yīng)的中斷使能位被置 1，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)從外設(shè)到中斷控制器的中斷請(qǐng)求，這個(gè)中斷請(qǐng)求反映了外設(shè)中斷標(biāo)志位的狀態(tài)和中斷使能位的狀態(tài)，當(dāng)中斷標(biāo)志位被清 0 時(shí)，中斷請(qǐng)求也被清 0。 DSP 通過中斷請(qǐng)求系統(tǒng)中的一個(gè)兩級(jí)中斷來擴(kuò)展系統(tǒng)可響應(yīng)的中斷個(gè)數(shù)。 每個(gè)事件管理模塊可同時(shí)產(chǎn)生多達(dá) 8路的 PWM 波形輸出，有 3個(gè)帶殼變成控制的比較單元產(chǎn)生獨(dú)立的 3對(duì)（即 6個(gè)輸出），以及由 GP定時(shí)器比較產(chǎn)生的 2個(gè)獨(dú)立的 PWM 輸出。當(dāng)通用定時(shí)器 1 的計(jì)數(shù)器和比較單元的比較寄存器之間發(fā)生匹配且比較使能時(shí)，比較單元的比較中斷寄存器將被置位。其結(jié)構(gòu)如圖 。定時(shí)器 x（ x=1， 2 對(duì) EVA；x=3， 4， 對(duì) EVB）包括：一個(gè) 16位的定時(shí)器增 /減的計(jì)算器 ，可讀寫；一個(gè) 16 位的定時(shí)器比較寄存器 ，可讀寫；一個(gè) 16 位的定時(shí)器周期寄存器 ，可讀寫；一個(gè) 16位的定時(shí)器控制寄存器 CONTX ，可讀寫；可選擇的內(nèi)部或外部輸入時(shí)鐘；用于內(nèi)部或外部時(shí)鐘輸入的可編程的預(yù)定標(biāo)器；控制和中段邏輯的用于 4 個(gè)可屏蔽的中斷 — 下溢、溢出、定時(shí)器比較和周期中斷可選擇方向的輸入引腳 XTDIR 。在每個(gè)載波周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩次電平翻轉(zhuǎn)。TMS320LF2407A的定時(shí)器有如下功能 ： 作為常規(guī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器使用；用于在 TXPWM引腳上輸出頻率和脈寬可調(diào)的 PWM波；與捕捉模塊結(jié)合測(cè)量 CAPx引腳上的脈寬；定時(shí)器 3與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的 6個(gè) PWM控制信號(hào) ： 啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換。對(duì)每個(gè)脈沖相對(duì)于載波周期的占空比的計(jì)算是在定時(shí)器 3的下溢中斷服務(wù)子程序中完成的 。采用連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱的 SPWM波，其工作過程如下 ： 計(jì)數(shù)器的值由初值開始向上增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)寄存器 T3PR值時(shí)，開始遞減計(jì)數(shù)，直至計(jì)數(shù)器的值為零時(shí) (進(jìn)入中斷服務(wù)程序 )又重新向上增計(jì)數(shù)，如此循環(huán)往復(fù)。針對(duì)本系統(tǒng)，就 EV中幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行說明。 EVA和 EVB的定時(shí)器、比較單元以及捕獲單元的功能都相同，只是定時(shí)器和單元的名稱不同。但是當(dāng)該逆變器帶非線性負(fù)載時(shí)，電壓將發(fā)生畸變，諧波增加，嚴(yán)重影響負(fù)載的正常工作。因此，單極性調(diào)制 SPWM波能更好的消除諧波。同理，當(dāng)正弦調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值小于三角載波信號(hào)瞬時(shí)值時(shí)，比較器13 的輸出極性為負(fù) ， 、 導(dǎo)通有效，而 、 關(guān)斷有效，即 、 導(dǎo)通或 、 續(xù)流導(dǎo)通；同時(shí)， ( )、 ( )關(guān)斷，此時(shí)，逆變器輸出為負(fù)極性的 SPWM 電壓脈沖。 雙極性 SPWM 控制方式 所謂雙極性 SPWM 控制是指逆變器的輸出脈沖具有雙極性的特征。因此，必須采用使三角載波極性與正弦調(diào)制波極性相同的所謂單極性三角載波調(diào)制。這樣， Uo 總可以得到 Ud 和零兩種電平。具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓 Uo 的正半周，讓 保持通態(tài)， 保持?jǐn)鄳B(tài)， 和 交替通斷。 綜上所述，本系統(tǒng)采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法來生成 SPWM。 以上是單相 SPWM 波生成的數(shù)學(xué)模型，生成三相 SPWM 波，就必須使用三條 正弦波和同一條三角波求交點(diǎn)。 圖 不對(duì)稱規(guī)則采樣法 由圖 28得： ? ?1s in12 tMTt sof f ??? ? ?1s in12 tMTt son ??? ? ?2s in12 tMTt son ???? ? ?2s in12 tMTstof f ???? (式 ） 脈沖寬度為： ?????? ?????? )s i n(s i n212 21 ttMTttt tononpw ?? (式 ） 其中， 2/ts TT ? （ sT 是采樣周期， tT 是三角波周期） 如圖 ，有 ,...)6,4,2,0(,21 ?? kkTt t ,...)7,5,3,1(,22 ?? kkTt t (式 ） 即 k=0， 1， 2， 3， ?。另外，由于 A， B兩點(diǎn)對(duì)于三角載波周期中心線對(duì)稱，因而使 SPWM 脈沖信號(hào)發(fā)生得以簡(jiǎn)化。 (2)對(duì)稱規(guī)則采樣法。 圖 自然采樣法 圖 ， tT 為三角波的周期， rU 為三角波的幅值，正弦波為 tUc ?sin ， sT稱為采樣周期， 2/ts TT ? ， 1t 及 2t 為正弦波與三角波兩個(gè)相鄰交點(diǎn)的時(shí)刻。 SPWM 采樣方法對(duì)比分析 近年來，正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù)以其優(yōu)良的傳輸特性成為電力電子裝置中調(diào)制技術(shù)的基本方式。當(dāng)開關(guān) S ， S 接通后 ， 電流流過 S ， R 和 S 時(shí)，負(fù)載上的電壓極性是左正右負(fù)；當(dāng)開關(guān) S ， S 斷開， S ， S 接通后，電流流過 S ， R 和 S ，負(fù)載上的電壓極性反向。 圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 PWM 波形的基本原理 逆變器的種類很多，各自的具體工作原理、工作過程不盡相同，但是最基本的逆變過程是相同的。這里所說的效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 SPWM控制基礎(chǔ) 在分析 SPWM之前，必須要了解 PWM(Pulse Width Modulation， PWM)及其相關(guān)知識(shí)，這是通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制來等效地獲得所需波形包含形狀和幅值的。圖中