【正文】 (4)快速的中斷處理和硬件I/O支持。它的誕生及發(fā)展無疑對(duì)通信、計(jì)算機(jī)、控制等領(lǐng)域的發(fā)展起到了十分重要的作用。以防止事故范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。但是，CPU與IPM之間不能有直接的電氣連接，推薦使用高速光耦HCPL4504作為輸入信號(hào)的隔離器件，對(duì)于故障輸出可用一般的光耦，如PC817或TPL521?？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。M5714001和M57120L是三菱公司專門為其IPM配置的電壓轉(zhuǎn)換模塊。3U0=21250247。10%,，；驅(qū)動(dòng)電壓相互隔離，以避免地線噪聲干擾；驅(qū)動(dòng)電源絕緣電壓至少是IPM極間反向耐壓值的兩倍；驅(qū)動(dòng)電路輸出端濾波電容不能太大，這是因?yàn)楫?dāng)寄生電容超過100pF時(shí)，噪聲干擾將可能誤觸發(fā)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路?？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。在智能USP系統(tǒng)中，逆變器的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，為滿足系統(tǒng)的智能化和IGBT的高開關(guān)頻率的要求，CPU芯片采用TMS320LF2407A。（8）IPM內(nèi)藏相關(guān)的外圍電路。（6）抗干擾能力強(qiáng)。將靠近IGBT的絕緣基板上安裝一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)基板過熱時(shí)，IPM內(nèi)部控制電路將截止柵極驅(qū)動(dòng)，不響應(yīng)輸入輸入控制信號(hào)。IPM內(nèi)部的IGBT導(dǎo)通壓降低，開關(guān)速度快，故IPM功耗小。IPM內(nèi)置驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，隔離接口電路需用戶自己設(shè)計(jì)。= (36)實(shí)際電路中,取L=,。一般取濾波器的截止頻率,為了避免對(duì)某次諧波過度放大,取fc==400=1800Hz (34)對(duì)電感L和電容C的取值按以下方法:根據(jù)逆變器的輸出功率和輸出電壓求得負(fù)載阻抗,濾波器的標(biāo)稱特性阻抗R=(～)RL,取,則Lf=R247。設(shè)計(jì)的濾波器如圖33所示,圖中感抗,其隨頻率的升高而增大；容抗,其隨頻率的升高而減小。整流后電壓脈動(dòng)頻率為f(三相全橋整流f=300Hz),周期T=1/f,則濾波電解電容的電容量為:C=(3～5)T/R。(540)= (31)電流定額：Ipmn=KimId== (32)電壓耐量：Urm=KumUd=540=810V (33)其中Kim,Kum分別為電流、電壓安全余量系數(shù)?！?。電源電路主要是由TPS7333構(gòu)成為DSP提供+。濾波電路采用電容濾波，將整流輸出的脈動(dòng)電壓轉(zhuǎn)化為平直的直流電壓，同時(shí)直流母線中串有一個(gè)帶延時(shí)繼電器的大電阻，防止電路啟動(dòng)瞬間充電電流過大?；谝陨系谋容^分析，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，本系統(tǒng)的主電路拓?fù)洳捎萌珮螂娐?。為了獲得強(qiáng)的帶不平衡負(fù)載的能力，兩個(gè)串聯(lián)的電解電容必須足夠大，從而使逆變器體積和重量增加。同時(shí)，通過M的改變，可在中斷服務(wù)中完成CMPR值的在線計(jì)算和改寫?？砂涯骋活l率指令值對(duì)應(yīng)的中斷周期預(yù)先計(jì)算好，并制成表格，以便在線查找。由于選擇的是不對(duì)稱規(guī)則采樣法SPWM控制，因此可把三角波的半個(gè)載波周期，也就是一個(gè)采樣周期，作為中斷周期，所有的計(jì)算和處理都在中斷服務(wù)程序里實(shí)現(xiàn)。具體體現(xiàn)為值的差異，對(duì)于同一個(gè)采樣點(diǎn)k,幅值為1的各相電壓采樣值為：(k=1,2,3…,n) （216）由此，可得U、V、W三相的、和、表達(dá)式為:當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)，即頂點(diǎn)采樣時(shí)，U相有: （217）當(dāng)k為奇數(shù)時(shí)，即底點(diǎn)采樣時(shí)，U相有: （218）同樣，可求得其他兩相的、值，由此可求出U、V、W三相的脈沖寬度。圖214三相SPWM控制波裝載示意圖由于三相逆變器中要求三相輸出電壓對(duì)稱，因此在一個(gè)裝載周期里面要裝載的值必須要有120176。GISR中的程序代碼應(yīng)該讀出PIVR中的值，在保存必要的上下文之后，用PIVR中的值來產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)移到SISR的向量。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)。采用LF2407的事件管理器，使用其中的脈寬調(diào)制電路來產(chǎn)生正弦SPWM波形。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212所示。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，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。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。如表21所示，為事件管理模塊EVA/EVB及其信號(hào)名稱。以實(shí)現(xiàn)所研制的逆變裝置能輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦交流電。DSP是一款高性能的數(shù)字處理芯片，它不僅運(yùn)算速度快，還有專門用于實(shí)現(xiàn)PWM的片內(nèi)外設(shè)。綜上所述，本系統(tǒng)采用的是以不對(duì)稱規(guī)則采樣法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的單極性SPWM控制。雙極性SPWM控制的調(diào)制及逆變器的輸出波形如圖211所示。即無論輸出正、負(fù)半周，輸出脈沖全為正、負(fù)極性跳變的雙極性脈沖。當(dāng)uruc時(shí)，VT3導(dǎo)通，VT4關(guān)斷，Uo=Ud。單極性SPWM控制方式波形如圖210所示。所謂單極性SPWM控制是指逆變器的輸出脈沖具有單極性特征。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓Uo等于直流電壓Ud；V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，Uo=0。圖29 單相全橋逆變電路圖29是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。當(dāng)然由于采樣次數(shù)增大了一倍，使得數(shù)據(jù)處理量也大為增加，特別是當(dāng)載波頻率較高時(shí)，需要微處理器的運(yùn)算速度非常的快。由三角波頻率f1與正弦波頻率f之比為載波比N，則有: （211）將（210）代入（29）得 （212）將（211）代入（28）得 （213）由于載波頻率是恒定的，通過改變N的值就可以改變輸出SPWM波的頻率。由于te，Tc，M均為已知量，因此，規(guī)則采樣法SPWM脈寬t2的計(jì)算較為簡便，適合基于微處理器的數(shù)字SPWM控制。圖27 SPWM脈沖信號(hào)規(guī)則采樣法生成原理值得注意的是，每個(gè)載波周期中，原正弦調(diào)制波與三角載波周期中心線的交點(diǎn)就是階梯波水平線段的中點(diǎn)。為脈沖寬度， （25）式(25)中，t1和t2不但與載波比(T為正弦波的周期)有關(guān)，而且是幅度調(diào)制比M的函數(shù)，求解tl、t2與M的關(guān)系比較復(fù)雜。下面對(duì)這幾種方法律簡要的分析：（1）自然采樣法。圖示的電路和波形只是逆變過程基本原理的示意描述，實(shí)際上要構(gòu)成一臺(tái)實(shí)用型逆變器，還需要增加許多重要功能電路和輔助電路。單相橋式逆變原理見圖25（a）。例如圖24中a,b,c所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。t圖23 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形（2）面積等效原理在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。當(dāng)負(fù)載為純阻性負(fù)載即逆變器的輸出電流、電壓相位角為零時(shí)，在電壓正半周功率管VTVT4導(dǎo)通，而在電壓負(fù)半周功率管VTVT2導(dǎo)通，即逆變器中的續(xù)流二極管不工作；而當(dāng)負(fù)載電流、電壓相位角不為零時(shí)，在電流正半周功率管由兩種導(dǎo)通組合，即電壓正半周時(shí)VTVT4導(dǎo)通或電壓負(fù)半周時(shí)VDVD3導(dǎo)通，在電流負(fù)半周功率管也相應(yīng)由兩種導(dǎo)通組合，即電壓負(fù)半周時(shí)VTVT3導(dǎo)通或電壓正半周時(shí)VDVD4導(dǎo)通，顯然當(dāng)負(fù)載電流、電壓相位角不為零時(shí)續(xù)流二極管工作，以緩沖負(fù)載與逆變器直流側(cè)電容間的無功能量交換。負(fù)載為阻感負(fù)載時(shí)，其輸出波形如圖22所示。下面介紹電壓型全橋逆變電路：電路原理圖見圖21。隔離式逆變主電路還應(yīng)包括逆變變壓器。⑤過熱保護(hù)。③過載保護(hù)。保護(hù)電路主要包括：①輸入過壓、欠壓保護(hù)。(3)控制電路控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控制脈沖來控制逆變開關(guān)管的一導(dǎo)通和關(guān)斷，從而配合逆變電路完成逆變功能。若是交流電網(wǎng)，除了濾波和EMI對(duì)策電路外，首先還要有整流電路。逆變系統(tǒng)的核心就是逆變開關(guān)電路，或者叫逆變電路，通過電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，完成逆變的功能。第三章具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于TMS320LF2407A芯片的數(shù)字逆變電源硬件電路。因此，逆變器的數(shù)字控制技術(shù)仍處于不斷改進(jìn)完善的過程中，仍然是逆變電源領(lǐng)域中的關(guān)鍵研究內(nèi)容。⑦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是近幾年來興起的一種智能控制方式，90年代初，日本的Yoshihisa等人將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到逆變器中，構(gòu)成一個(gè)數(shù)字電流調(diào)節(jié)器。⑤滑模變結(jié)構(gòu)控制理論始于五十年代，實(shí)質(zhì)上是一種非連續(xù)的開關(guān)控制方法，它強(qiáng)迫系統(tǒng)的跟蹤誤差及其導(dǎo)數(shù)運(yùn)行于相平面一條固定的滑模曲線上，與系統(tǒng)參數(shù)變動(dòng)及外部擾動(dòng)無關(guān)，因此系統(tǒng)有極強(qiáng)的魯棒性。④重復(fù)控制是一種十分有效的波形校正技術(shù)，是基于內(nèi)模原理的控制技術(shù)。此控制方法一旦系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)振蕩，空載時(shí)振蕩尤其嚴(yán)重。PID控制算法具有較快的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)特性。為此，必須把LC與開關(guān)器件組成一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，使PWM逆變器只有在開關(guān)切換過程中才產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的零電壓開通和關(guān)斷，一般工作情況下則不發(fā)生諧振，以保持PWM逆變器工作特點(diǎn)。PWM軟開關(guān)逆變技術(shù)是當(dāng)今電力電子學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究內(nèi)容之一，是實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)高頻化的最佳途徑，也是一項(xiàng)理論性很強(qiáng)的研究工作。因?yàn)楫?dāng)調(diào)制波為正弦波時(shí)，輸出矩形脈沖序列的脈沖寬度按正弦函數(shù)規(guī)律變化，因此，這種調(diào)制技術(shù)通常又稱為正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)。影響逆變技術(shù)未來發(fā)展的主要因素是：(1)PWM軟開關(guān)技術(shù)：(2)數(shù)字化控制技術(shù)。由于DSP使得芯片功能得到大大的加強(qiáng)，它特點(diǎn)在于采用并行體系的哈佛結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)吞吐能力；流水線減少了指令執(zhí)行時(shí)間；專用硬件乘法器；特殊DSP指令；快速的指令執(zhí)行周期，最快的已經(jīng)達(dá)到20ns以下，為通常微處理器芯片數(shù)據(jù)處理速度的十倍以上。電源系統(tǒng)是現(xiàn)代電子設(shè)備不可或缺的重要組成部分。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為信息社會(huì)的主流。高性能的逆變電源必須滿足：高輸入功率因數(shù)，低輸出阻抗；快速的暫態(tài)響應(yīng)，穩(wěn)態(tài)精度高；穩(wěn)定性高，效率高，可靠性高；完善的網(wǎng)絡(luò)功能；智能化；低的電磁干擾。并且針對(duì)DSP控制系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，給出了相應(yīng)的軟件流程圖。詳細(xì)討論了逆變器的SPWM調(diào)制法工作原理，介紹了數(shù)字實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)稱規(guī)則采樣法和不對(duì)稱規(guī)則采樣法的特點(diǎn)。而作為專用的DSP的出現(xiàn)，更是為研究和設(shè)計(jì)新型的逆變電源提供了更方便、更靈活、功能更強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái)。逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的，器件的發(fā)展帶動(dòng)著逆變電源的發(fā)展。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書基于TMS320LF2407A的數(shù)字逆變電源的設(shè)計(jì)THE DESIGN OF DIGITAL INVERTER BASED ON TMS320LF2407A學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 電氣097 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 周小杰講師 2013年 06 月 01 日安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)基于TMS320LF2407A的數(shù)字逆變電源的設(shè)計(jì)摘要逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)是進(jìn)行電能變換的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。電源技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)字控制系統(tǒng)控制的電源取代傳統(tǒng)電源已成為必然。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，逆變技術(shù)目前已朝著全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。本文主要分析了變頻電源技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和存在的難點(diǎn)，指出論文的研究內(nèi)容和意義。這兩部分的結(jié)合使得該電源結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良。然而，今天的逆變電源除這些要求外，還必須環(huán)保無污染，即綠色環(huán)保逆變電源。但是由于微處理器的速度問題，逆變電源的控制仍然采用模擬電路進(jìn)行?？蓪?duì)于逆變電源大量非線性電子負(fù)載動(dòng)態(tài)變化產(chǎn)生的諧波，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償從而使得輸出諧波達(dá)到可接受的水平。對(duì)于逆變電源以上的要求，DSP的出現(xiàn)加快了該趨勢的發(fā)展。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，通過接口進(jìn)行調(diào)試即可，而且可以通過查詢歷史記錄來進(jìn)行修復(fù)；(6)系統(tǒng)一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便；(7)易于組成并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。用開關(guān)量取代模擬量，并通過對(duì)逆變器開關(guān)管的通斷控制，把直流電變成交流電。而且由于采用了數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)PWM控制，使得逆變器的控制電路簡化，穩(wěn)定性提高，逆變器的數(shù)字化控制已成為逆變器發(fā)展的主流。軟開關(guān)逆變技術(shù)研究的重要目的之一是實(shí)現(xiàn)PWM軟開關(guān)技術(shù)，也就