【正文】 兩種導(dǎo)通組合，即電壓正半周時VTVT4導(dǎo)通或電壓負半周時VDVD3導(dǎo)通，在電流負半周功率管也相應(yīng)由兩種導(dǎo)通組合，即電壓負半周時VTVT3導(dǎo)通或電壓正半周時VDVD4導(dǎo)通，顯然當負載電流、電壓相位角不為零時續(xù)流二極管工作，以緩沖負載與逆變器直流側(cè)電容間的無功能量交換。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，其效果基本相同。例如圖24中a,b,c所示的三個窄脈沖形狀不同，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當它們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)時，其輸出響應(yīng)基本相同。單相橋式逆變原理見圖25（a）。圖示的電路和波形只是逆變過程基本原理的示意描述，實際上要構(gòu)成一臺實用型逆變器，還需要增加許多重要功能電路和輔助電路。下面對這幾種方法律簡要的分析：（1）自然采樣法。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。圖27 SPWM脈沖信號規(guī)則采樣法生成原理值得注意的是，每個載波周期中，原正弦調(diào)制波與三角載波周期中心線的交點就是階梯波水平線段的中點。由于te，Tc，M均為已知量，因此，規(guī)則采樣法SPWM脈寬t2的計算較為簡便，適合基于微處理器的數(shù)字SPWM控制。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。當然由于采樣次數(shù)增大了一倍，使得數(shù)據(jù)處理量也大為增加，特別是當載波頻率較高時，需要微處理器的運算速度非常的快。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。在負載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時，負載電壓Uo等于直流電壓Ud；V4關(guān)斷時，負載電流通過V1和VD3續(xù)流，Uo=0。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。單極性SPWM控制方式波形如圖210所示。當uruc時，VT3導(dǎo)通，VT4關(guān)斷，Uo=Ud。即無論輸出正、負半周，輸出脈沖全為正、負極性跳變的雙極性脈沖。雙極性SPWM控制的調(diào)制及逆變器的輸出波形如圖211所示。綜上所述，本系統(tǒng)采用的是以不對稱規(guī)則采樣法為基礎(chǔ)實現(xiàn)的單極性SPWM控制。DSP是一款高性能的數(shù)字處理芯片，它不僅運算速度快，還有專門用于實現(xiàn)PWM的片內(nèi)外設(shè)。以實現(xiàn)所研制的逆變裝置能輸出標準的正弦交流電。如表21所示，為事件管理模塊EVA/EVB及其信號名稱。TMS320LF2407A的定時器有如下功能:作為常規(guī)的定時/計數(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；定時器3與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的6個PWM控制信號:啟動AD轉(zhuǎn)換。在每個載波周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩次電平翻轉(zhuǎn)。定時器x（x=1,2對EVA；x=3,4,對EVB）包括：一個16位的定時器增/減的計算器，可讀寫；一個16位的定時器比較寄存器，可讀寫；一個16位的定時器周期寄存器，可讀寫；一個16位的定時器控制寄存器，可讀寫；可選擇的內(nèi)部或外部輸入時鐘；用于內(nèi)部或外部時鐘輸入的可編程的預(yù)定標器；控制和中段邏輯的用于4個可屏蔽的中斷—下溢、溢出、定時器比較和周期中斷可選擇方向的輸入引腳。其結(jié)構(gòu)如圖212所示。當通用定時器1的計數(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，比較單元的比較中斷寄存器將被置位。每個事件管理模塊可同時產(chǎn)生多達8路的PWM波形輸出，有3個帶殼變成控制的比較單元產(chǎn)生獨立的3對（即6個輸出），以及由GP定時器比較產(chǎn)生的2個獨立的PWM輸出。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。DSP通過中斷請求系統(tǒng)中的一個兩級中斷來擴展系統(tǒng)可響應(yīng)的中斷個數(shù)。如果一個引起中斷的外設(shè)事件發(fā)生且相應(yīng)的中斷使能位被置1，則會產(chǎn)生一個從外設(shè)到中斷控制器的中斷請求，這個中斷請求反映了外設(shè)中斷標志位的狀態(tài)和中斷使能位的狀態(tài)，當中斷標志位被清0時，中斷請求也被清0。當CPU接受中斷請求時，為了區(qū)別這些引起中斷的外設(shè)事件，在每個外設(shè)中斷請求有效時都會產(chǎn)生一個唯一的外設(shè)中斷向量，這個外設(shè)中斷向量被裝載到外設(shè)中斷向量寄存器（PIVR）里面。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)生一個轉(zhuǎn)移到SISR的向量。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稱，因此在一個裝載周期里面要裝載的值必須要有120176。具體體現(xiàn)為值的差異，對于同一個采樣點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、表達式為:當k為偶數(shù)時，即頂點采樣時，U相有: （217）當k為奇數(shù)時，即底點采樣時，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。由于選擇的是不對稱規(guī)則采樣法SPWM控制，因此可把三角波的半個載波周期，也就是一個采樣周期，作為中斷周期，所有的計算和處理都在中斷服務(wù)程序里實現(xiàn)。可把某一頻率指令值對應(yīng)的中斷周期預(yù)先計算好，并制成表格，以便在線查找。同時，通過M的改變，可在中斷服務(wù)中完成CMPR值的在線計算和改寫。為了獲得強的帶不平衡負載的能力，兩個串聯(lián)的電解電容必須足夠大，從而使逆變器體積和重量增加。基于以上的比較分析，從經(jīng)濟角度出發(fā)，本系統(tǒng)的主電路拓撲采用全橋電路。濾波電路采用電容濾波，將整流輸出的脈動電壓轉(zhuǎn)化為平直的直流電壓，同時直流母線中串有一個帶延時繼電器的大電阻，防止電路啟動瞬間充電電流過大。電源電路主要是由TPS7333構(gòu)成為DSP提供+?！?。(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)。整流后電壓脈動頻率為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。設(shè)計的濾波器如圖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。一般取濾波器的截止頻率,為了避免對某次諧波過度放大,取fc==400=1800Hz (34)對電感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載阻抗,濾波器的標稱特性阻抗R=(～)RL,取,則Lf=R247。= (36)實際電路中,取L=,。IPM內(nèi)置驅(qū)動和保護電路，隔離接口電路需用戶自己設(shè)計。IPM內(nèi)部的IGBT導(dǎo)通壓降低，開關(guān)速度快，故IPM功耗小。將靠近IGBT的絕緣基板上安裝一個溫度傳感器，當基板過熱時，IPM內(nèi)部控制電路將截止柵極驅(qū)動，不響應(yīng)輸入輸入控制信號。（6）抗干擾能力強。（8）IPM內(nèi)藏相關(guān)的外圍電路。在智能USP系統(tǒng)中，逆變器的設(shè)計是關(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?？刂菩盘栆话阌蓡纹瑱C或DSP輸出，為了避免強電對其干擾，兩者之間必須進行電氣隔離。10%,，；驅(qū)動電壓相互隔離，以避免地線噪聲干擾；驅(qū)動電源絕緣電壓至少是IPM極間反向耐壓值的兩倍；驅(qū)動電路輸出端濾波電容不能太大，這是因為當寄生電容超過100pF時，噪聲干擾將可能誤觸發(fā)內(nèi)部驅(qū)動電路。3U0=21250247。M5714001和M57120L是三菱公司專門為其IPM配置的電壓轉(zhuǎn)換模塊?？刂菩盘栆话阌蓡纹瑱C或DSP輸出，為了避免強電對其干擾，兩者之間必須進行電氣隔離。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作為輸入信號的隔離器件，對于故障輸出可用一般的光耦，如PC817或TPL521。以防止事故范圍進一步擴大。它的誕生及發(fā)展無疑對通信、計算機、控制等領(lǐng)域的發(fā)展起到了十分重要的作用。(4)快速的中斷處理和硬件I/O支持。由上述特點知，DSP系統(tǒng)無論是在性能上、成本上，還是在經(jīng)濟效益上，在許多場合與模擬系統(tǒng)比較起來，都有明顯的優(yōu)勢。一般選擇處理速度不要過高，速度高的DSP,系統(tǒng)實現(xiàn)也較困難。當程序和數(shù)據(jù)都放在片內(nèi)時，DSP的運行速度要高得多，而DSP廠商給出的一些速度指標都假定處理是在片內(nèi)執(zhí)行的，如FFT片內(nèi)執(zhí)行速度比片外快2～4倍。(6)型號延續(xù)性:應(yīng)選擇易購的產(chǎn)品型號，大的DSP廠家產(chǎn)品更新很快，可以對停產(chǎn)的舊型號提供兼容的新產(chǎn)品。TI公司的TMS320LF2407 DSP數(shù)字控制器將實時處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身。內(nèi)部嵌有通過EVA或EVB觸發(fā)的兩個10bits 8模擬輸入通道或一個16模擬輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換器，其最小轉(zhuǎn)換時間可以低至500ns。片內(nèi)設(shè)有基于PLL(鎖相環(huán))的時鐘發(fā)生器以及40個可以單獨編程的或復(fù)用的通用I/O輸出引腳。一般情況下，與單片機系統(tǒng)設(shè)計類似，TMS32OLF2407A有其最小系統(tǒng)，它的最小系統(tǒng)的設(shè)計框圖，如圖38所示:圖38 DSP最小系統(tǒng)框圖（1）時鐘電路設(shè)計本文采用封裝好的晶體振蕩器，將外部時鐘源直接輸入X2/CLKIN引腳，而將X1引腳懸空，如圖39所示。MAX708是一種微處理器電源監(jiān)控和看門狗芯片，可同時輸出高電平有效和低電平有效的復(fù)位信號。MAX708與TMS320LF2407A接口如圖310所示。（3）存儲器接口電路存儲器接口電路的設(shè)計:主要考慮存儲器速度，以確定需插入幾個等待狀態(tài)。這種工作方式可以充分發(fā)揮TMS320LF2407A高速的優(yōu)勢，工作在這種方式下的TMS320LF2407A效率最高，這也是TI公司推薦的工作方式。電源電路設(shè)計時，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+。該信號/RS_DSP接到DSP的復(fù)位引腳上。因此必須對硬件電路采用如下抗干擾措施：（1）通過對控制電路的優(yōu)化設(shè)計，控制輸出電壓的紋波，使其盡量??；（2）在設(shè)計PCB板時，力求整體布局合理，同時使得生電路接線盡量的短，盡量降低地線阻抗；（3）數(shù)字電路和模擬電路分開，數(shù)字地和模擬地分別采用單點接地，盡量降低地線阻抗；（4）采樣電路與控制器的距離盡可能短，減少信號傳送過程中產(chǎn)生的干擾，同時，在DSP芯片的A/D轉(zhuǎn)換腳加上適當?shù)臑V波電容，消除傳送過程干擾，并在A/D轉(zhuǎn)換腳的入口與芯片工作電源和地之間接一穩(wěn)壓二極管，起鉗位、保護作用；（5）采用主電路濾波電感的電流作反饋電流，由于此電流直接反映了功率管上的電流，因此用其作反饋具有快速限流保護的功能，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性；（6）在PCB板上鋪上屏蔽地，以減少共模干擾。使用TMS320LF2407A外接D/A轉(zhuǎn)換器可以輸出頻率較高的正弦波，但是這種方法浪費硬件資源，尤其是需要幾相正弦波就需要幾個D/A轉(zhuǎn)換器，而且在DSP內(nèi)部需要實時計算每個D/A采樣點的正弦值，也占用了CPU資源。在主程序中，首先程序?qū)σ恍┘拇嫫鬟M行必要的設(shè)置，并且初始化所有的變量。事件管理器EVA是用來產(chǎn)生SPWM邏輯驅(qū)動信號的部分，必須進行初始化。圖42系統(tǒng)初始化流程圖當頻率變化范圍不大，載波頻率很高時，本文采用了查表的方法來更新CMPRx的值。故事先將確定的點數(shù)按正弦波表達式制成003600的表格以便查用。SPWM波形的產(chǎn)生需對事件管理寄存器進行配置。，主程序的設(shè)置必須先對TMS320LF2407A進行初始化設(shè)置，配置好系統(tǒng)寄存器和事件管理器，并對通用定時器1的周期中斷進行設(shè)定，所以在其進行初始化時，要正確的打開DSP的定時器1周期中斷，否則將無法進行。在本系統(tǒng)中，通過設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器，使得A/D轉(zhuǎn)換模塊由軟件啟動，反饋電壓由A/D模塊I的通道6輸入，反饋電流由A/D模塊l的邋道5輸入，直流電壓由A/D模塊I的通道0輸入，溫度反饋由A/D模塊I的通道7輸入，轉(zhuǎn)換完畢產(chǎn)生中斷。這些寄存器的正確設(shè)置是系統(tǒng)正常工作的保證。比較控制寄存器CONMCON，主要內(nèi)容有禁止、使能比較操作、全比較寄存器重載條件和輸出方式選擇。(3)中斷TMS320LF2407A具有6個可屏蔽的外部中斷，由于為處理可能具有多余6個的可屏蔽中斷源，因而這6個中斷級中的每一個都可以被多個中斷源共享。由于一個中斷可能有多個中斷源，當其中任何一個中斷源產(chǎn)生中斷時，CPU會轉(zhuǎn)移至一個相應(yīng)的通用中斷服務(wù)程序(GISR)。通過軟件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計，達到最大限度的降低干擾對系統(tǒng)工作的影響，確保DSP及時發(fā)現(xiàn)因干擾導(dǎo)致程序出現(xiàn)的錯誤，并使系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)或及時報警。因此運用“看門狗”原理，只需在軟件設(shè)計中定時清除監(jiān)視定時器內(nèi)容即可。整個系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、體積小、重量輕、成本低；控制電路以數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A為主控芯片，取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，省去正弦波、三角波的發(fā)生和比較電路，系統(tǒng)可靠性更好。（3）設(shè)計出了整個逆變電源的硬件結(jié)構(gòu)，其主要核心部分是IPM和DSP控制部分。本文利用強大的DSP技術(shù)實現(xiàn)正弦脈寬調(diào)制的數(shù)字控制算法，再加上集成邏輯、控制、檢測和保護電路于一體的IPM的使用，大大簡化了硬件電路的設(shè)