【正文】 諧波信號(hào)通過負(fù)載。規(guī)格參數(shù)如下表 31所示。 整流、濾波電路的設(shè)計(jì) 圖 32 整流濾波電路 (1)整流電路 本逆變電源設(shè)計(jì)中的整流部分采用三相不可控整流電路，如圖 32 所示。 如圖所示，主電路采用交一直一交電壓型變頻裝置，它主要由整流電路、濾波電路、逆變器三部分組成。 三相全橋逆變器具有電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，所用功率器件少，功率開關(guān)電壓應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)，但為了 提高帶不平衡負(fù)載的能力，必須在其輸出端增加中點(diǎn)形成變壓器，從而在一定程度上增加了逆變器的體積和重量。因此，這種控制方法在一定程度上可認(rèn)為是實(shí)時(shí)控制。由于相位差 120176。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 實(shí)際上 DSP 中斷有兩個(gè)向量表， CPU 的向量表用來得到響應(yīng) CPU 中斷請(qǐng)求的一級(jí)中斷服務(wù)子程序（ GISR）。 在底層中斷，從幾個(gè)外設(shè)來的外設(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。 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。比較操作模式有比較寄存器（ COMCONx）決定，通用定時(shí)器 1的計(jì)數(shù)器不斷與比較寄存器的值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)生匹配時(shí)，比較單元的兩個(gè)輸出將根據(jù)方式控制寄存器（ ACTRA）中的位進(jìn)行跳變。對(duì)每個(gè)脈沖相對(duì)于載波周期的占空比的計(jì)算是在定時(shí)器 3的下溢中斷服務(wù)子程序中完成的。針對(duì)本系統(tǒng)，就 EV中幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行說明。而且DSP完全有可能用于逆變器中實(shí)現(xiàn)輸出電壓進(jìn)行逐點(diǎn)的控制。另外，對(duì)于 m=2的情況，對(duì)同樣的調(diào)制深度 M，單極性調(diào)制 SPWM波的諧波幅值明顯比雙極性調(diào)制 SPWM波幅值小。 單極性 SPWM 控制由于采用了單極性三角載波調(diào)制，從而使控制信號(hào)的發(fā)生變得較為復(fù)雜，因而很少采用。因此，必須采用使三角載波極性與正弦調(diào)制波極性相同的所謂單極性三角載波調(diào)制。具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓 Uo 的正半周，讓 V1 保持通態(tài)， V2 保持?jǐn)鄳B(tài)，V3 和 V4 交替通斷。 以上是單相 SPWM 波生成的數(shù)學(xué)模型，而這里我們要生成三相 SPWM 波，就必須使用三條 正弦波和同一條三角波求交點(diǎn)。另外，由于 A,B 兩點(diǎn)對(duì)于三角載波周期中心線對(duì)稱，因而使 SPWM 脈沖信號(hào)發(fā)生得以簡化。 圖 26 自然采樣法 （ a） （ b） 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 26中， tT 為三角波的周期， rU 為三角波的幅值，正弦波為 tUc ?sin ,sT稱為采樣周期， 2/ts TT ? ,1t 及 2t 為正弦波與三角波兩個(gè)相鄰交點(diǎn)的時(shí)刻。當(dāng)開關(guān) S1,S4 接通后 ,電流流過 S1,R 和 S4 時(shí)，負(fù)t 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 載上的電壓極性是左正右負(fù) ； 當(dāng)開關(guān) S1,S4 斷開， S2,S3 接通后，電流流過 S2, R和 S3， 負(fù)載上的電壓極性反向。這里所說的效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。圖中 VDl， Vl， VD2， V2相繼導(dǎo)通的區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)與圖中的 VDl和VD4， Vl和 V4， VD2和 VD3， V2和 V3相繼導(dǎo)通的區(qū)間。隔離式逆變主電路還應(yīng)包括逆變變壓器。 ③過載保護(hù)。 (3)控制電路 控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控 制脈沖來控制逆變開關(guān)管的一導(dǎo)通和關(guān)斷，從而配合逆變電路完成逆變功能。逆變系統(tǒng)的核心就是逆變開關(guān)電路，或者叫逆變電路，通過電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，完成逆變的功能。因此，逆變器的數(shù)字控制技術(shù)仍處于不斷改進(jìn)完善的過程中，仍然是逆變電源領(lǐng)域中的關(guān)鍵研究內(nèi)容。 ⑤ 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論始于五十年代，實(shí)質(zhì)上是一種非連續(xù)的開關(guān)控制方法，它強(qiáng)迫系統(tǒng)的跟蹤誤差及其導(dǎo)數(shù)運(yùn)行于相平面一條固定的滑模曲線上，與系統(tǒng)參數(shù)變動(dòng)及外部擾動(dòng)無關(guān)，因此系統(tǒng)有極強(qiáng)的魯棒性。 此控制方法一旦系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)振蕩，空載時(shí)振蕩尤其嚴(yán)重。為此，必須把 LC與開關(guān)器件組成一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，使 PWM逆變器只有在開關(guān)切換過程中才產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的零電壓開通和關(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)通常又稱為正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù) 。由于 DSP使得芯片功能得到大大的加強(qiáng)，它特點(diǎn)在于采用并行體系的哈佛結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)吞吐能力；流水線減少了指令執(zhí)行時(shí)間；專用硬件乘法器；特殊 DSP指令；快速的指令執(zhí)行周期，最快的已經(jīng)達(dá)到 20ns以下，為通常微處理器芯片數(shù)據(jù)處理速度的十倍以上。 數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為信息社會(huì)的主流。 并且 針對(duì) DSP控制系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，給出了相應(yīng)的軟件流程圖。而作為專用的 DSP 的出現(xiàn)，更是為研究和設(shè)計(jì)新型的逆變電源提供了更方便、更靈活、功能更強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 基于 TMS320LF2407A 的數(shù)字逆變電源的設(shè)計(jì) THE DESIGN OF DIGITAL INVERTER BASED ON TMS320LF2407A 學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣 097 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 周小杰講師 20xx 年 06 月 01 日 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 基于 TMS320LF2407A 的數(shù)字逆變電源的設(shè)計(jì) 摘要 逆變電源是一種采用電力電子技術(shù)是進(jìn)行電能變換的裝置，它從交流或直流輸入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 逆變技術(shù)目前已朝著全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。這兩部分的結(jié)合使得該電源結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良。但是由于微處理器的速度問題，逆變電源的控制仍然采用模擬電路進(jìn)行。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 對(duì)于逆變電源以上的要求， DSP的出現(xiàn)加快了該趨勢(shì)的發(fā)展。用開關(guān)量取代模擬量，并通過對(duì)逆變器開關(guān)管的通斷控制，把直流電變成交流電。 軟開關(guān)逆變技術(shù)研究的重要目的之一是實(shí)現(xiàn) PWM軟開關(guān)技術(shù)，也就是將軟開關(guān)技術(shù)引進(jìn)到 PWM逆變器中，使它既能保持原來的優(yōu)點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)工作。 1985年， Gokhale在 PESC年會(huì)上提出將無差拍控制應(yīng)用于逆變器控制 。系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性都很好，但是由于存在一個(gè)周期輪空不調(diào)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性較差。 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(cè)的量化誤差導(dǎo)致控制精度顯著下降；高速運(yùn)行下數(shù)字化脈寬調(diào)制時(shí)間分辨率的下降；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。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 逆變的直接功能是將直流電變換成交流電。對(duì)于開環(huán)控制的逆變系統(tǒng)，輸出量不用反饋到控制電路，而對(duì)于閉環(huán)控制逆變系統(tǒng)，輸出量還要反饋到控制電路。一般是故障問題，最好是不可自恢復(fù)。如變頻器、能量回饋等都是非隔離的，逆變焊接電源、通信基礎(chǔ)開關(guān)電源、 UPS、加熱電源等都是隔離式逆變電路。負(fù)載為阻感負(fù)載時(shí)，其輸出波形如圖22所示。沖量即是窄脈沖的面積。該圖中輸入直流電壓為 E,R代表逆變器的純電阻性負(fù)載。 自然采樣法原理如圖 26 所示，用一個(gè)基波正弦波與一個(gè)三角載波相比較，由兩者的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)模式。這樣，三角載波與階梯波水平線段的交點(diǎn) A,B兩點(diǎn)就分別落在正弦調(diào)制波的上下兩邊，從而減少了以階梯波調(diào)制的誤差。不對(duì)稱規(guī)則采樣法的數(shù)學(xué)模型盡管略微復(fù)雜一些，但由于其階梯波更接近于正弦波，所以諧波分量的幅值更小，在實(shí)際中得到更多的使用。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí) V1 和 V2 的通斷狀態(tài)互補(bǔ)， V3 和 V4 的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。即當(dāng)輸出正半周時(shí)，輸出脈沖全為正極性脈沖；而當(dāng)輸出負(fù)半周時(shí)，輸出脈沖全為負(fù)極性脈沖。當(dāng) u?? 時(shí)， VT3 關(guān)斷， VT4 導(dǎo)通， Uo=0。 ω ω Uo Ud Ud O O ???? ???? 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 211 雙極性 SPWM 控制方式波形 單極性和雙極性調(diào)制比較 單極性調(diào)制 SPWM與雙極性調(diào)制 SPWM相比，載波為全三角波的單極性調(diào)制SPWM波形的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)頻率是載波頻率的兩倍似極性則相等，即有倍頻的作用，易于濾波，并且每次開關(guān)管開通或關(guān)斷時(shí)，電壓跳動(dòng)幅度減小為雙極性調(diào)制SPWM的一半。 通過應(yīng)用 DSP我們 可以 方便的實(shí)現(xiàn)頻率很高的 SPWM控制信號(hào)，從而減小濾波器的尺寸。 表 21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 TlPWM/TlCMP T2PWM/T2CMP 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 資料來源： 汪安民，張松燦，常春藤 [M].北京： 人民郵電出版社， (DSP技術(shù)實(shí)用叢書 ) 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)。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。 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 212 比較單元結(jié)構(gòu)框圖 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)。 PWM 的特性如下： （ 1） 16 位寄存器 ； （ 2）有從 0到 16μ 的可編程死區(qū)發(fā)生器控制 PWM 輸出對(duì)； （ 3）最小的死區(qū)寬度為 1 個(gè) CPU 時(shí)鐘周期； （ 4）對(duì) PWM 頻率的變動(dòng)可根據(jù)需要改變 PWM 的載波頻率； （ 5）在每個(gè) PWM 周期內(nèi)以及之后可根據(jù)需要改變 PWM 脈沖的寬度； （ 6）外部可屏蔽的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷； （ 7）脈沖形式發(fā)生器電路，用于可編程的對(duì)稱、非對(duì)稱以及 4 個(gè)空間矢量PWM 波形產(chǎn)生；自動(dòng)重裝載的比較和周期寄存器使 CPU 的負(fù)擔(dān)最小。因此， DSP 的中斷請(qǐng)求 /應(yīng)答硬件邏輯和中斷服務(wù)程序軟件都是一個(gè)兩級(jí)的層次。 CPU 應(yīng)答外設(shè)中斷時(shí)，從 PIVR 寄存器中讀取相應(yīng)中斷的向量，并產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)到該中斷服務(wù)子程序入口的向量。的相位差。輸出頻率和輸出電壓對(duì)頻率指令值的響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)中斷周期， N值越大，響應(yīng)時(shí)間越短。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 DSP 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究 三相逆變電源主電路結(jié)構(gòu)的比較分析 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嗳珮蚴健⑷喟霕蚴?、三相四橋臀式和組合式等結(jié)構(gòu)。 基于 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 31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)載安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 基于 DSP 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 31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。考慮到輸入電壓的波動(dòng)及降R 1C 1C 2ABC安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 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 ?? 。 智能功率模塊 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(cè)電路，并可將檢