【正文】 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(guò)大 。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?？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。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： ??????? NkUU ?sin ?????? ?? 32s in ??NkU V ?????? ?? 32s in ??NkU W (k=1,2,3? ,n) （ 216） 由此，可得 U、 V、 W三相的 oft 、 ont 和 oft? 、 ont 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 : ?????? ?? NkMTt so ffU ?s in12 ?????? ?? NkMTt sUon ?s in12 （ 217） 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 當(dāng) k為奇數(shù)時(shí)，即底點(diǎn)采樣時(shí)， U相有 : ?????? ?? NkMTt sonU ?s in12 ?????? ?? NkMTt sUoff ?s in12 （ 218） 同樣，可求得其他兩相的 oft 、 ont 值，由此可求出 U、 V、 W三相的脈沖寬度。 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(lái)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)移到 SISR 的向量。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。 采用 LF2407的事件管理器，使用其中的脈寬調(diào)制電路來(lái)產(chǎn)生正弦 SPWM波形。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。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 CNTTX ，可讀寫(xiě)；一安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 個(gè) 16 位的定時(shí)器比較寄存器 CMPRTX ，可讀寫(xiě)；一個(gè) 16 位的定時(shí)器周期寄存器PRTX ，可讀寫(xiě)；一個(gè) 16 位的定時(shí)器控制寄存器 CONTX ，可讀寫(xiě)；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 。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。 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。綜上所述，本系統(tǒng)采用的是以不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法為基礎(chǔ) 實(shí)現(xiàn)的單極性 SPWM控制。即無(wú)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。單極性SPWM 控制方式波形如圖 210 所示。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(guò) V1 和 VD3 續(xù)流， Uo=0。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。 由于 ， ， M均為已知量，因此，規(guī)則采樣法 SPWM 脈寬 的計(jì)算較為簡(jiǎn)便，適合基于微處理器的數(shù)字 SPWM 控制。 pt 為脈沖寬度 ， ? ??????? ?????? 211 s ins in212 ttMTttt ononp ?? （ 25） 式 (25)中 ， t1和 t2不但與載波比 tTTN /? (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。圖示的電路和波形只是逆變過(guò)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。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。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 VT VT4導(dǎo)通，而在電壓負(fù)半周功率管 VT VT2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) VT VT4導(dǎo)通或電壓負(fù)半周時(shí) VD VD3導(dǎo)通，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 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) VT VT3導(dǎo)通或電壓正半周時(shí) VD VD4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(wú)功能量交換。 SPWM 控制技術(shù)及其原理 逆變系統(tǒng)的原理 本文所研究的電源是為了在輸出得到穩(wěn)壓恒頻的交流電壓信號(hào)，故采用電壓型逆變電路。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 ④過(guò)流和短路保護(hù)。 (4)輔助電源和保護(hù)電路 輔助電源的功能是將逆變器的輸入電壓變換成適合控制電路工作的直流電壓。逆變電路中，除了逆變電路和控制電路之外，還要有保護(hù)電路、輔助電源、輸入電路、輸出電路等等。 第一章為緒論部分，引入了逆變電源的概念，并論述了逆變電源結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)的現(xiàn)狀及 發(fā)展 趨勢(shì)。 ⑥ 模糊控制，主要是模糊 PID控制，是為了解決傳統(tǒng) PID控制魯棒性差的問(wèn)題而提出的一種智能控制策略。此控制方法的數(shù)學(xué)模型與無(wú)差拍控制的一樣，一般是根椐時(shí)域指標(biāo) 提出 一組期望的極點(diǎn)，通過(guò)對(duì)反饋增益矩陣的設(shè)計(jì)，使閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)恰好處于根平面上所期望的位置，以獲得期望的動(dòng)態(tài)特性即所謂 的極點(diǎn)配置問(wèn)題。 與數(shù)字化相適應(yīng)，各種各樣的逆變電源離散控制方法紛紛涌現(xiàn)，包括數(shù)字 PID控制、無(wú)差拍控制、數(shù)字滑變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，有力地推動(dòng)逆變電源控制技術(shù)的發(fā)展。尤其是最近幾年，微處理器用于實(shí)現(xiàn) PWM控制技術(shù)后，使得現(xiàn)代控制理論的控制方法能夠應(yīng)用于逆變器的 PWM控制，大大提高了現(xiàn)代逆變器的性能。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(kāi)發(fā)帶來(lái)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(lái)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。 DSP能夠?qū)崟r(shí)地讀取逆變電源的輸出，并實(shí)時(shí)地計(jì)算出 PWM輸出值，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于逆變電源的控制成為可能。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，逆變電源越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，早期的逆變電源，只需要其輸出不斷電，穩(wěn)壓、穩(wěn)頻即可。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。逆變電源廣泛應(yīng)用于航空、航海、電力、鐵路交通、郵電通信等諸多領(lǐng)域。目前逆變電源的核心部分就是逆變器和其控制部分，雖然在控制方法上已經(jīng)趨于成熟，但是其控制方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)還是有所困難。 通過(guò)分析 SPWM波形產(chǎn)生規(guī)律和特點(diǎn)，選擇了以不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的單極性 SPWM控制，并且具體介紹了 DSP實(shí)現(xiàn) SPWM。顯然這些要求的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)數(shù)字化控制技術(shù)。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和各行各業(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)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，對(duì)電源性能的要 求越來(lái)越高。 （ 1)PWM軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 逆變器的脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)早在晶閘管時(shí)代就已經(jīng)出現(xiàn)了，正弦脈寬調(diào)制(SPWM)在全控型器件出現(xiàn)以后得到了迅速的發(fā)展，這種技術(shù)是用一種參考波 (通常是正弦波，有時(shí)也用階梯波或方波等 )為“調(diào)制波”，而以 N倍于調(diào)制波頻率的正三角波或鋸齒波為“載波 。它的研究對(duì)于逆變器性能的提高和進(jìn)一步推廣應(yīng)用，以及對(duì)電力電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，都有十分重要的意義，是當(dāng)前逆變器的發(fā)展方向之一。 ② 無(wú)差拍控制是一種基于精確的 PWM逆變 器模型的控制方法，它主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的零極點(diǎn)對(duì)消。此控制方法近年來(lái)在 UPS逆變電源的波形控制中得到應(yīng)用并獲得了良好的控制效安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 果。1999年，香港大學(xué)的 Xiao Sun及浙大的 Frank Leung等人將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到逆變器輸出波形控制上。 第四章具體 介紹 基于 TMS320LF2407A 芯片 的 數(shù)字 逆變電源軟件系統(tǒng) 及系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì) 。 (2)輸出電路 輸出電路一般都包括輸出濾波電路和 EMI對(duì)策電路，對(duì)直流輸出的逆變系統(tǒng)還包括輸出整流電路。因?yàn)槭请娋W(wǎng)問(wèn)題，一般是可以自恢復(fù)的。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高或長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，逆變器會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱自動(dòng)保護(hù)，但冷卻系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)工作，在溫度降到一定值后，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)工作。 圖 21電壓型全橋逆變電路 它共有四個(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組合而成。 (1)沖量 沖量 (指窄脈沖的面積 )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，即具有慣性環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同 (低頻段非常 接近，僅在高頻段略有差異 )， 如圖 23所示，其中 u(t)為電路的輸 入信號(hào)， i(t)為輸出信號(hào)。下面以最簡(jiǎn)單的單相橋式逆變電路為例，具體說(shuō)明逆變器的“逆變”過(guò)程。 采櫸實(shí)現(xiàn) SPWM調(diào)制方式可分為自然采樣法、對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法和不對(duì)稱(chēng)規(guī)劃采樣法三種。 規(guī)則采樣法就是將自然采樣法中的正弦調(diào)制波以階梯調(diào)制 波進(jìn)行擬合后一種簡(jiǎn)化的 SPWM 脈沖信號(hào)發(fā)生方法， 如圖 27 所示 。 k為偶數(shù)時(shí)是頂點(diǎn)采樣； k為奇數(shù)時(shí)是底點(diǎn)采樣。 SPWM 控制方式分析 以單相全橋逆變電路（圖 29）為例，對(duì) SPWM 控制方式進(jìn)行分析研究。同樣，在 Uo 的負(fù)半周，讓 V2 保持通態(tài)， V1 保持?jǐn)鄳B(tài) ，V3和 V4 交替通斷，負(fù)載電壓 Uo 可以得到 Ud 和 0 兩種電平。 反之，在 處于負(fù)半周期間， VT1 保持關(guān)斷， VT2 保持導(dǎo)通。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)，比較器的輸出極性為負(fù) ,VT VT3 導(dǎo)通有效，而 VT VT4 關(guān)斷有效，即 VT VT3 導(dǎo)通或 VD VD3 續(xù)流導(dǎo)通；同時(shí)， VT2(VD2)、 VT3(VD3)關(guān)斷，此時(shí)，逆變器輸出為負(fù)極性的 SPWM電壓脈沖。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。事件 O O 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 管理模塊 EVA和 EVB有相同的外設(shè)寄存器，不同的程序起止地址。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的過(guò)程中，計(jì)數(shù)器的值都與比較寄存器 CMPRx(x=4,5,6)的值作比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與其相對(duì)應(yīng)的比較寄存器的值相等發(fā) 生匹配，則對(duì)應(yīng)的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)。 時(shí)間管理器（ EVA）模塊中有 3 個(gè)全比較單元（比較單元 1， 2 和 3），每個(gè)模塊的比較單元包括： 3個(gè) 16 位的比較寄存器，他們各帶一個(gè)可讀 /寫(xiě)的影子寄存器；一個(gè)可讀 /寫(xiě)的比較控制寄存器（ COMCONA 對(duì)于 EVA 模塊， COMCONB 對(duì)于EVB 模塊）；一個(gè) 16 位的比較方式控制寄存器； 6個(gè)比較 PWM（三態(tài)）輸出引腳；控制和中斷邏輯。俗呼出邏輯、死區(qū)單元和空間矢量 PWM 單元可改變比較單元在比較安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 模式下 的輸出。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 同 步 / 異 步波 形 發(fā) 生 器S V P W M 狀 態(tài) 機(jī)M U X死 區(qū)單 元D B T C O NA 死 區(qū) 定 時(shí)器 控 制 寄存 器A C T R A 全 比較 有 效 控 制寄 存 器輸 出邏 輯C O M C O N A [ 1 1 1 3 ] 比 較匹 配G P T 1 標(biāo) 志A C T R A [ 1 2 1 5 ] C O M C O N A [ 1 2 ]P H x = 1 , 2 , 3C O M C O N A [ 9 ]P W M 1P W M 2D T P H xD T P H x _ 圖 213 PWM 電路結(jié)構(gòu)框圖 DSP 中斷及中斷向量 TMS320LF240x 系列 DSP 有豐富的中斷資源，其內(nèi)核提供一個(gè) 不可屏蔽的中斷 NMI 和 6個(gè)按優(yōu)先級(jí)獲得服務(wù)的可屏蔽中斷 INT1 至 INT6，采用集中化的中斷擴(kuò)展設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足大量的外設(shè)中斷需求 ,即這 6 個(gè)中斷級(jí)的每一個(gè)都可被很多外設(shè)中斷請(qǐng)求共享。在 CPU 內(nèi)核，這些中斷標(biāo)志在 CPU 響應(yīng)中斷時(shí)自動(dòng)清0。通過(guò)這些值，可計(jì)算出各相的開(kāi)關(guān)時(shí)間。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) )sin( Nk ?? 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。 最后，根據(jù)