【正文】 23 圖 電源電路結(jié)構(gòu)圖 由于采用 DSP控制 SPWM，雖然確保了其精確度，但是高頻 PWM產(chǎn)生的電磁干擾是相當(dāng)嚴(yán)重的。 TPS7333 的輸入電壓為 +5V，輸出 + 直流電壓。 圖 MAX708與 TMS320LF2407A接口圖 + 3 . 3 VR 712348765R SM RV C CG N DP F IR E S E TR E S E TN . C .P F OM A X 7 0 829 從圖中可見(jiàn)，通過(guò) MAX708 可實(shí)現(xiàn)以下兩種復(fù)位功能： ：在接上電源 使 MAX708 通電時(shí)，電源 從 ，這時(shí)有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。 TI公司的 TMS320LF2407 DSP數(shù)字控制器將實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身。 DSP對(duì) IPM的控制對(duì)應(yīng)關(guān)系為：PWM1— 單元 1， PWM2— 單元 4， PWM3— 單元 2， PWM4— 單元 5， PWM5— 單元 3， PWM6— 單元 6。所以將 M57120L與 M5714001配合使用將母線電壓轉(zhuǎn)換為精確的 4路隔離的 15V 電壓，方便地為IPM 供電，如圖 所示。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。 3 4 8 78 (式 ) 247。圖中電阻是為工作時(shí)平衡電容電壓、開(kāi)機(jī)和停機(jī)時(shí)減小沖擊電壓和停機(jī)后消耗電容儲(chǔ)存電荷而設(shè)置的 ， 一般取電阻為 50k? ， 5～ 10W。工作時(shí)，考慮到電壓會(huì)下降，設(shè)下降值約為 10%，則有： R 1C 1C 2ABC23 ?? ??247。 驅(qū)動(dòng)電路輸入信號(hào)來(lái)自 DSP，通過(guò)高速光耦 HCPL— 4504 進(jìn)行信號(hào)隔離后，產(chǎn)生滿足 IPM 可靠工作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送入 IPM。 組合式三相逆變器由 3個(gè)單相逆變器星形聯(lián)接構(gòu)成，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)單相和三相四線制供電。 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)。 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。 在高層中斷，被或的多個(gè)外設(shè)中斷請(qǐng)求產(chǎn)生一個(gè)到 CPU 的中斷（ INTn）請(qǐng)求，到 LF240x 的中斷請(qǐng)求信號(hào)是 2個(gè) CPU時(shí)鐘脈沖寬的低電平脈沖。 對(duì)于每個(gè) EV模塊，與比較單元相關(guān)的 PWM電路使帶有可編程死區(qū)和輸出極性控制的 6路 PWM輸出的產(chǎn)生成為可能。 T z C N T G P T z 計(jì) 數(shù) 器比 較 邏 輯C M P R x 全 比 較寄 存 器P W M 電 路A C T R 全 比 較 有 效控 制 寄 存 器輸 出 邏 輯 圖 比較單元結(jié)構(gòu)框圖 CNTTXCMPRTXPRTXCMPTX17 比較輸入包括：控制寄存器的控制信號(hào)、通用定時(shí)器 1和 3及他們的下溢和周期匹配信號(hào)、復(fù)位信號(hào)。只要在每個(gè)三角波載波周期根據(jù)在線計(jì)算改寫比較寄存器 CMPRx的值，就可實(shí)時(shí)地改變脈沖的占空比，得到完整周期的 SPWM脈沖。 表 事件管理模塊 EVA/EVB及其信號(hào)名稱 事件管理模塊 EVA模塊 信號(hào) EVB模塊 信號(hào) GP定時(shí)器 Timer1 Timer2 PWM/ CMP PWM/ CMP Timer 3 Timer 4 T3PWM/T3CMP T4PWM/T4CMP 比較單元 Compare 1 Compare 2 Compare 3 PWM1/2 PWM3/4 PWM5/6 Compare 4 Compare 5 Compare 6 PWM7/8 PWM9/l0 PWM11/12 捕獲單元 Capture 1 Capture 2 Capture 3 CAP 1 CAP 2 CAP 3 Capture 4 Capture 5 Capture 6 CAP 4 CAP 5 CAP 6 正交編碼 脈沖電路 (Q EP) OEP 1 QEP 2 QEP 1 QEP 2 QEP 3 QEP 4 QEP 3 QEP 4 外部輸入 計(jì)數(shù)方向 外部時(shí)鐘 TDIRA TCLKINA 計(jì)數(shù)方向 外部時(shí)鐘 TDIRB. TCLKINB EV模塊是形成 SPWM波形的關(guān)鍵，本文采用的是 EVB產(chǎn)生 SPWM波形信號(hào)。定時(shí)器是事件管理器的核心模塊。 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)。雙極性 SPWM 控制的調(diào)制及逆變器的輸出波形如圖 所示。 單極性 SPWM 控制方式指在 ur和 的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷。由于負(fù)載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。三條正弦波相位差 ?120 ，即 ： ??????? NkuC ?sin ?????? ?? 32sin ??Nku B ?????? ?? 34sin ??Nku A (式 ） 采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法，則頂點(diǎn)采樣時(shí)有： ?????? ???????? NkMTt tCon ?s in12 ?????? ?????? ??? 32s in12 ??NkMTt tBon ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? ?????? ?????? ??? 34s i n12 ??NkMTt tAon ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? (式 ） 不對(duì)稱規(guī)則采樣法由于在一個(gè)載波周期里采樣兩次正弦波數(shù)值，該采樣值能更加真實(shí)的反映實(shí)際的正弦波數(shù)值，其輸出電壓也高于對(duì)稱規(guī)則采樣法。由圖 ，并根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系容易得出規(guī)則采樣法 SPWM 脈寬 以及脈沖間隙時(shí)間 ， 的表達(dá)式分別為 (式 ) (式 ) 10 式中， 為三角載波周期中心的時(shí)間值。由圖 ? ?1s in12 tMTt sof f ??? ? ?1s in12 tMTt son ??? ? ?2s in12 tMTt son ???? 9 ? ?2s in12 tMTstof f ???? (式 ） (式 )中， M 為調(diào)制度 ， rc UUM /? (即為正弦波幅值與三角波幅值之比 ) 0M 1， M 的值越大 ， 則輸出電壓越高； ω為正弦波角頻率，ω變化時(shí)， PWM脈沖序列基波頻率也隨之改變。若兩組開(kāi)關(guān) S ， S ， S ， S 以頻率 f交替切換工作時(shí)，負(fù)載 R 上便可得到頻率為 f 的交變電壓 U0，其波形見(jiàn)圖 (b)，該波形為一方波，其周期 T=1/f。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。值得注意的是，功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)5 雖然為 8 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)模式，但是功率管的實(shí)際導(dǎo)通角則與負(fù)載電流 電壓相位角有關(guān)。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。為此，必須把 LC與開(kāi)關(guān)器件組成一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，使 PWM逆變器只有在開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中才產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的零電壓開(kāi)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)。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3 寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù)。主要表現(xiàn)出以下幾種趨勢(shì)：高頻化；模塊化；數(shù)字化；綠色化。傳統(tǒng)的逆變電源采用模擬電路控制，但模擬控制存在許多固有的缺點(diǎn)： (1)因采用大量分散元件和電路板導(dǎo)致硬件成本偏高，系統(tǒng)可靠性下降； (2)由于人工調(diào)試器件的存在，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低及控制系統(tǒng)一致性差； (3)器件老化及熱漂移問(wèn)題存在導(dǎo)致逆變電源輸出性 能下降，甚至導(dǎo)致輸出失??； (4)產(chǎn)品升級(jí)換代困難，每一個(gè)新型逆變電源都要求重新設(shè)計(jì)、制造控制系統(tǒng)； (5)模擬控制的逆變電源監(jiān)控功能有限，一旦出現(xiàn)故障，要想恢復(fù)正常，技術(shù)人員必須親赴現(xiàn)場(chǎng)。文中設(shè)計(jì)出了整個(gè)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。因此，對(duì)逆變電源的控制和逆變器進(jìn)行深入研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。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。 本文主要 分析了變頻電源技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和存在的難點(diǎn)，指出論文的研究?jī)?nèi)容和意義。然而，今天的逆變電源除這些要求外，還必須環(huán)保無(wú)污染，即綠色環(huán)保逆變電源?？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。 逆變器的發(fā)展趨勢(shì) 影響逆變技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要因素是 ： (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。 4 第 2 章 逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及控制策略 逆變的直接功能是將直流電變換成交流電。把橋臂 1和 4作為一對(duì)，橋臂 2和 3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通 8 ，即 4導(dǎo)通時(shí)關(guān)斷 3； 3導(dǎo)通時(shí)，關(guān)斷 4。 (a) 沖量脈沖產(chǎn)生電路圖 (b) u/i圖 圖 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。單相橋式逆變?cè)硪?jiàn)圖 (a)。下面對(duì)這幾種方法律簡(jiǎn)要的分析： (1)自然采樣法。 圖 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)。 由三角波頻率 f1與正弦波頻率 f之比為載波比 N，則有 ：fTffN t11 ?? （式 ） 11 將 (式 ）代入 (式 ）得 NkkTfftt t ???? ??? 222 11 ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? NkkTfftt t ???? ??? 222 22 ? ?12,5,3,1 ?? Nk ? (式 ） 將 (式 211）代入 (式 28）得 ?????? ?? NkMTt ton ?s in12 ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? ?????? ??? NkMTt ton ?s in12 ? ?12,5,3,1 ?? Nk ? (式 ） 由于載波頻率 tf 是恒定的，通過(guò)改變 N的值就可以改變輸出 SPWM波的頻率。 圖 是采用 IGBT 作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式電壓型逆變電路。 單極性 SPWM 控制方式 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。當(dāng)采用基于三角載波調(diào)制的雙極性 SPWM 控制時(shí)，只需要采用正、負(fù)對(duì)稱的雙極性三角載波即可。 DSP 實(shí)現(xiàn) SPWM波 DSP 的事件（ EV）管理器模塊介紹 傳統(tǒng)的產(chǎn)生 SPWM波形的方法能夠用于逆變器中實(shí)現(xiàn)幅度和頻率可調(diào)的正弦波電壓。如表 ，為事件管理模塊 EVA/EVB及其信號(hào)名稱。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)。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(guò)程如下 ： 計(jì)數(shù)器的值由初值開(kāi)始向上增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)寄存器 T3PR值時(shí)，開(kāi)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16 復(fù)。 通用定時(shí)器的輸出：通用定時(shí)器比較輸出 、至 ADC 模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)化啟動(dòng)信號(hào)、比較邏輯和比較單元的下溢、上溢、比較匹配和周期匹配信號(hào)、技術(shù)方向指示位。輸出跳變的時(shí)序、中斷標(biāo)志位的設(shè)置和中斷請(qǐng)求的產(chǎn)生都與通用定時(shí)器的比較操作相同。 在底層中斷，從幾個(gè)外設(shè)來(lái)的外設(shè)中斷請(qǐng)求（ PIRQ）在中斷控制器處相或產(chǎn)生一個(gè)到 CPU 的中斷請(qǐng)求。 DSP 控制三相 SPWM 波形產(chǎn)生原理分析 三相 SPWM控制波裝載示意圖如圖 ，圖中 CMPR CMPR CMPR6分別對(duì)應(yīng)于 U、 V、 W三相。由于采樣周期 Ts為三角載波周期的