【正文】 .................. 4 SPWM 控制基礎(chǔ) ........................................... 6 PWM 波形的基本原理 ...................................... 7 SPWM 采樣方法對(duì)比分析 ........................................ 8 SPWM 控制方式分析 ........................................... 12 單極性 SPWM 控制方式 .................................... 12 雙極性 SPWM 控制方式 .................................... 12 單極性和雙極性調(diào)制比較 ................................. 13 使用 DSP 實(shí)現(xiàn) SPWM 波 ......................................... 14 DSP 的事件（ EV）管理器模塊介紹 ......................... 14 DSP 中斷及中斷向量 ..................................... 18 DSP 控制三相 SPWM 波形產(chǎn)生原理分析 ...................... 18 第 3章 基于 DSP 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究 ............................... 21 三相逆變電源主電路結(jié)構(gòu)的比較分析 ............................ 21 基于 DSP 系統(tǒng)的逆變電源硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................... 21 硬件結(jié)構(gòu)圖 ............................................. 21 整流、濾波電路的設(shè)計(jì) ................................... 22 輸出濾波電路的設(shè)計(jì) ..................................... 23 智能功率模塊 IPM 的設(shè)計(jì) ...................................... 24 IV 智能功率模塊 IPM 的介紹 ................................. 24 IPM 模塊的選擇 ......................................... 25 DSP 與 IPM的連接電路 ................................... 26 DSP 控制電路的設(shè)計(jì) .......................................... 27 DSP 芯片的特點(diǎn)與選取 ................................... 27 以 TMS320LF2407A 為核心的控制電路設(shè)計(jì) ................... 27 電源電路的設(shè)計(jì) ......................................... 29 硬件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) .......................................... 30 第 4章 逆變電源的軟件設(shè)計(jì) ......................................... 31 DSP 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................ 31 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ......................................... 31 初始化模塊 ............................................. 32 利用查表法生產(chǎn) SPWM 波 .................................. 32 故障中斷處理程序的設(shè)計(jì) ................................. 33 初始化程序設(shè)計(jì) .............................................. 34 軟件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) .......................................... 34 結(jié) 論 .............................................................. 36 參考文獻(xiàn) ........................................................... 37 致 謝 .............................................................. 38 1 第 1 章 緒論 逆變電源技術(shù)出現(xiàn)于 20世紀(jì) 60年代，是電力電子技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分，綜合了現(xiàn)代電力電子開關(guān)器件應(yīng)用、功率變換、模擬數(shù)字電子技術(shù)、 PWM技術(shù)以及控制技術(shù)等多門學(xué)科的實(shí)用技術(shù)。隨著高性能的 DSP控制器的出現(xiàn)，逆變電源的全數(shù)字控制成為現(xiàn)實(shí)。采用 DSP控制的逆變電源系統(tǒng)主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： (1)系統(tǒng)可以采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使得逆變器的智能化程度更高，性能更加完善； (2)控制靈活、系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必對(duì)硬件電路做改動(dòng)，這給逆變器系統(tǒng)的開發(fā)帶來了很大的方便，即系統(tǒng)升級(jí)更新?lián)Q代所需的周期短，成本低，而且維護(hù)起來也很方便； (3)減少控制元件數(shù)量，提高系統(tǒng)抗干擾能力； (4)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化； (5)系統(tǒng)維護(hù)方便。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。 數(shù)字控制變換器在實(shí)際使用中還存在許多待解決的問題，例如：變換器開關(guān)動(dòng)作對(duì)采樣的嚴(yán)重干擾；檢測的量化誤差導(dǎo)致控制精度顯著下降；開關(guān)功率變換器數(shù)字化的數(shù)學(xué)模型研究不夠深入等。 下面介紹電壓型全橋逆變電路：電路原理圖見圖 。 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 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。 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。 (2)對(duì)稱規(guī)則采樣法。 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， ?。 綜上所述，本系統(tǒng)采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法來生成 SPWM。這樣， Uo 總可以得到 Ud 和零兩種電平。 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，單極性調(diào)制 SPWM波能更好的消除諧波。 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。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)。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。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 。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。 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)。 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。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。 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)載場合，其電路拓?fù)渲饕腥嗳珮蚴?、三相半橋式、三相四橋臀式等結(jié)構(gòu)。 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 。 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?？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。 )/(1 CL ?? ?所對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率 cf ， )2/(1 LCfc ?? 。 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電路，并可將檢測信號(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。 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。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。 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。 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。 ： 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)。 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。 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。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。 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。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。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)