【正文】 摘要 (中文 ).......................................................... I 摘要 (外文 )......................................................... II .............................................................. 1 引言 ......................................................... 1 逆變器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ....................................... 1 逆變器的現(xiàn)狀 ........................................... 1 逆變器的 發(fā)展趨勢 ....................................... 2 主要內(nèi)容和章節(jié)安排 ........................................... 4 ........................................ 5 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) ......................................... 5 SPWM 控制技術(shù)及其原理 ...................................... 6 逆變系統(tǒng)的原理 ......................................... 6 SPWM 控制基礎(chǔ) ........................................ 7 PWM 波形的基本原理 ................................... 8 SPWM 采樣方法對比分析 ...................................... 9 SPWM 控制方式分析 ......................................... 13 單極性 SPWM 控制方式 ................................. 13 雙極性 SPWM 控制方式 ................................. 14 單極性和雙極性調(diào)制比較 ................................ 15 使用 DSP 實(shí)現(xiàn) SPWM 波 ...................................... 15 DSP 的事件（ EV）管理器模塊介紹 ....................... 15 DSP 中斷及中斷向量 ................................... 19 DSP 控制三相 SPWM 波形產(chǎn)生原理分析 .................. 20 DSP 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究 .................................... 22 三相逆變電源主電路結(jié)構(gòu)的比較分析 ............................ 22 基于 DSP 系統(tǒng)的逆變電源硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................... 22 硬件結(jié)構(gòu)圖 ............................................ 22 整流、濾波電路的設(shè)計(jì) .................................. 23 輸出濾波電路的設(shè)計(jì) .................................... 24 智能功率模塊 IPM 的設(shè)計(jì) ..................................... 25 智能功率模塊 IPM 的介紹 ............................... 25 IPM 模塊的選擇 ....................................... 26 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ii DSP 與 IPM 的連接電路 ................................. 27 DSP 控制電路的設(shè)計(jì) ......................................... 28 DSP 芯片的特點(diǎn)與選取 ................................. 28 以 TMS320LF2407A 為核心的控制電路設(shè)計(jì) ................ 29 電源電路的設(shè)計(jì) ........................................ 33 硬件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) .......................................... 34 ............................................... 35 DSP 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................... 35 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ........................................ 35 初始化模塊 ............................................ 36 利用查表法生產(chǎn) SPWM 波 ............................... 37 故障中斷處理程序的設(shè)計(jì) ................................ 37 初始化程序設(shè)計(jì) .............................................. 38 軟件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) .......................................... 40 結(jié)論 ............................................................... 41 參考文獻(xiàn) ........................................................... 42 致謝 ............................................................... 44 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 引言 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)。 本文 采用美國德州儀器公司(TI)新近推出的一種 TMS320LF2407A 數(shù)字信號處理器，作為逆變電源中的核心控制部分進(jìn)行研究。逆變電源技術(shù)是一門綜合性的 產(chǎn) 業(yè)技術(shù)，它橫跨電力、電子、微處理器及自動控制等多學(xué)科領(lǐng)域，是目前電力電子產(chǎn)業(yè)和科研的熱點(diǎn)之一。因此，對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。 文中 設(shè)計(jì)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。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題存在導(dǎo)致逆變電源輸出性能下降，甚至導(dǎo)致輸出失敗； (4)產(chǎn)品升級換代困難，每一個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。主要表現(xiàn)出以下幾種趨勢：高頻化；模塊化；數(shù)字化；綠色化。由于正三角波或鋸齒波的上下寬度是線性變化的波形，因此它與調(diào)制波相交時，就可以得到一組幅值相等，而寬度正比于調(diào)制波函數(shù)值的矩形脈沖序列來等效調(diào)制波。但這里必須指出，軟開關(guān)并不是沒有損耗的，它只是 把開關(guān)器件本身的一部分開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到了為實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)而附加的諧振電路中的諧振元件上，總量上可能有所減少。 1959年是由 Kalmal首先提出的。它對于消除非線性負(fù)載及其它周期性干擾引起的波形畸變，具有非常明顯的效果。但是由于學(xué)習(xí)清況比較復(fù)雜，該方法目前僅限于實(shí)驗(yàn)室階段。 最后 對整篇論文進(jìn)行了總結(jié)。對隔離式逆變器，在輸出電路的前面還有逆變變壓器。 ②輸出過壓、欠壓保護(hù)。 (5)逆變主電路 逆變主電路就是由逆變開關(guān)器件等組成的變換電路，分為非隔離式和隔離式兩大類。把橋臂 1和 4作為一對，橋臂 2和 3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通 8 ，即 4導(dǎo)通時關(guān)斷 3； 3導(dǎo)通時，關(guān)斷 4。 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。單相橋式逆變原理見圖 25（ a）。下面對這幾種方法律簡要的分析： （ 1） 自然采樣法。 圖 27 SPWM脈沖信號規(guī)則采樣法生成原理 t 2T ct 1 t 3ttt eABE安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 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(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 ?? （ 211） 將（ 210）代入（ 29）得 NkkTfftt t ???? ??? 222 11 ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? NkkTfftt t ???? ??? 222 22 ? ?12,5,3,1 ?? Nk ? （ 212） 將（ 211）代入（ 28）得 ?????? ?? NkMTt ton ?s in12 ? ?22,4,2,0 ?? Nk ? ?????? ??? NkMTt ton ?s in12 ? ?12,5,3,1 ?? N? （ 213） 由于載波頻率 tf 是恒定的，通過改變 N的值就可以改變輸出 SPWM波的頻率。 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。 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) u?? 時，VT3 導(dǎo)通， VT4 關(guān)斷， Uo=Ud。雙極性 SPWM 控制的調(diào)制及逆變器的輸出波形如圖 211所示。 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)。如表 21所示，為事件管理模塊 EVA/EVB及其信號名稱。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)。 其結(jié)構(gòu)如圖 212所示。 每個事件管理模塊可同時產(chǎn)生多達(dá) 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(dú)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(dú)立的 PWM 輸出。 DSP 通過中斷請求系統(tǒng)中的一個兩級中斷來擴(kuò)展系統(tǒng)可響應(yīng)的中斷個數(shù)。 當(dāng) 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。 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。 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(jì)算和處理都在中斷服務(wù)程序里實(shí)現(xiàn)。同時，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。 基于以上的比較分析，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，本系統(tǒng)的主電路拓?fù)洳捎萌珮螂娐贰? 電源電路主要是由 TPS7333 構(gòu)成為 DSP 提供 + 電源。 954 57?? (31) 電流定額： ??p n ??i ?? 5 57 3 86A (32) 電壓耐量： r ???? 554 8 ?? (33) 其中 ???? ???? 分別為電流、電壓安全余量系數(shù)。設(shè)計(jì)的濾波器如圖 33 所示 ,圖中感抗 fLLX L ?? 2?? ,其隨頻率的升高而增大 ； 容抗 )2/(1)/(1 fCCX c ?? ?? ,其隨頻率的升高而減小。 3 86μ (36) 實(shí)際電路中 ,取 L=, FC ?? 。設(shè)逆變器輸出電壓的基波頻率為 0f ,最低次諧波頻率為 kf ，則 kc fff ???0 ,所以當(dāng) CL ?? /1?? 時 ,電感對基波信號安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 的阻抗很小 ,電容對基波的分流很小 ,即濾波器允許基波信號通過 ,而CL ?? /1?? 時 ,電感對諧波信號阻抗很大 ,電容對諧波信號的分流很大 ,即濾波器不允許