【正文】 入 IPM。圖中電阻是為工作時平衡電容電壓、開機和停機時減小沖擊電壓和停機后消耗電容儲存電荷而設置的 ， 一般取電阻為 50k? ， 5～ 10W。而且此隔離電路必須放大 SPWM 控制信號的驅(qū)動能力，同時還要保證轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度。 DSP對 IPM的控制對應關系為：PWM1— 單元 1， PWM2— 單元 4， PWM3— 單元 2， PWM4— 單元 5， PWM5— 單元 3， PWM6— 單元 6。 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，通過 MAX708 可實現(xiàn)以下兩種復位功能： ：在接上電源 使 MAX708 通電時，電源 從 ，這時有一個過渡過程。 + 3 . 3 VC 3C 41 0 p F0 . 1 u FR 12 5 0 K5678R SO U TO U TS E N S ER E S E TT P S 7 3 3 3I NI NE NG N D4321+ 5 V1 0 0 p F1 0 p FC 1 C 2123J 1123 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嚴重的。 FUSE 為自恢復保險；7333 電源轉(zhuǎn)換芯片作為 5V轉(zhuǎn) 的高性能穩(wěn)壓芯片 ， 并可提供上電復位信號。由于這種方法簡單方便，系統(tǒng)設計一般都采用此種方法。為此，在驅(qū)動電路設計中 選用了高速光耦 HCPL4505 接收并轉(zhuǎn)換 SPWM 信號，配合使用 PC817 接收并轉(zhuǎn)換 IPM 的 F0 故障輸出信號， 輸出低電平有效，所以直接將四路 接入 DSP 的 PDPINT 中斷接口，當故障信號發(fā)生時， DSP將中斷 SPWM 控制波的生成。即使發(fā)生負載事故或使用不當，也可以使 IPM自身不受損壞， IPM一般使用 IGBT作為功率開關器件，并內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動電路的集成結(jié)構(gòu)，三菱 IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場，因此本文采用三菱公司的 IPM。規(guī)格參數(shù)如下表 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。 19 圖 三相 SPWM控制波裝載示意圖 具體體現(xiàn)為值的差異，對于同一個采樣點 k， 幅值為 1的各相電壓采樣值為： ??????? NkUU ?sin ?????? ?? 32sin ??NkU V ?????? ?? 32sin ??NkU W (k=1， 2， 3? ， n) (式 ） 由此，可得 U、 V、 W三相的 oft 、 ont 和 oft? 、 ont 表達式為 ： 當 k為偶數(shù)時，即頂點采樣時， U相有 ： ?????? ?? NkMTt sof fU ?s in12 ?????? ?? NkMTt sUon ?s in12 (式 ） 當 k為奇數(shù)時，即底點采樣時， U相有 ： ?????? ?? NkMTt sonU ?s in12 ?????? ?? NkMTt sUof f ?s in12 (式 ） 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。因此， DSP 的中斷請求 /應答硬件邏輯和中斷服務程序軟件都是一個兩級的層次。 通用定時器的輸入有：內(nèi)部 CPU 時鐘、外部時鐘 TCLKINA/B，最大頻率是 CPU時鐘的 1/方向輸入 TDIRA/B，控制通用定時器增 /減計數(shù)、復位。在計數(shù)器計數(shù)的過程中，計數(shù)器的值都與比較寄存器 CMPRx(x=4， 5， 6)的值作比較，當計數(shù)器的值與其相對應的比較寄存器的值相等發(fā) 生匹配，則對應的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)。綜上所述，本系統(tǒng)采用的是以不對稱規(guī)則采樣法為基礎實現(xiàn)的單極性 SPWM控制。同樣，在 Uo 的負半周，讓 保持通態(tài)， 保持斷態(tài)， 和 交替通斷，負載電壓 Uo可以得到 Ud和 0兩種電平。 k為偶數(shù)時是頂點采樣； k為奇數(shù)時是底點采樣。 采 樣 實現(xiàn) SPWM調(diào)制方式可分為自然采樣法、對稱規(guī)則采樣法和不對稱規(guī)劃采樣法三種。 (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，其效果基本相同，即具有慣性環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同 (低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異 )，如圖 ，其中 u(t)為電路的輸入信號， i(t)為輸出信號。因此，逆變器的數(shù)字控制技術仍處于不斷改進完善的過程中，仍然是逆變電源領域中的關鍵研究內(nèi)容。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，通過接口進行調(diào)試即可，而且可以通過查詢歷史記錄來進行修復； (6)系統(tǒng)一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便； (7)易于組成并聯(lián)運行系統(tǒng)。隨著信息技術的發(fā)展，逆變電源越來越廣泛地應用于各個領域，早期的逆變電源，只需要其輸出不斷電，穩(wěn)壓、穩(wěn)頻即可 。逆變電源技術是一門綜合性的產(chǎn)業(yè)技術，它橫跨電力、電子、微處理器及自動控制等多學科領域，是目前電力電子產(chǎn)業(yè)和科研的熱點之一。這兩部分的結(jié)合使得該電源結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良。 對于逆變電源以上的要求， DSP的出現(xiàn)加快了該趨勢的發(fā)展。 (2)數(shù)字化控制技術 逆變電源的數(shù)字化并不是簡單地指在系統(tǒng)中應用了數(shù)字器件，如單片機及FPGA（ 現(xiàn)場可編程門陣列 ） 等，而是指整個系統(tǒng)的控制都由數(shù)字器件 (主要指微處理器 )的計算算法和控制算法實現(xiàn)，極大地簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和控制精度，這是現(xiàn)代逆變技術發(fā)展的趨勢。當負載為純阻性負載即逆變器的輸出電流、電壓相位角為零時，在電壓正半周功率管 、 導通，而在電壓負半周功率管 、 導通，即逆變器中的續(xù)流二極管不工作；而當負載電流、電壓相位角不為零時，在電流正半周功率管由兩種導通組合，即電壓正半周時 、 導通或電壓負半周時 、 導通，在電流負半周功率管也相應由兩種導通組合，即電壓負半周時 、 導通或電壓正半周時 、 導通，顯然當負載電流、電壓相位角不為零時續(xù)流二極管工作，以緩沖負載與逆變器直流側(cè)電容間的無功能量交換。圖示的電路和波形只是逆變過程基本原理的示意描述，實際上要構(gòu)成一臺實用型逆變器，還需要增加許多重要功能電路和輔助電路。 由于 ， ， M均為已知量，因此，規(guī)則采樣法 SPWM 脈寬 的計算較為簡便，適合基于微處理器的數(shù)字 SPWM 控制。在負載電流為正的區(qū)間， 和 導通時，負載電壓 Uo 等于直流電壓 Ud； 關斷時，負載電流通過 和 續(xù)流， Uo=0。 圖 單極性 SPWM控制方式波形 圖 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 SPWM14 波形的優(yōu)點是開關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，并且每次開關管開通或關斷時，電壓跳動幅度減小為雙極性調(diào)制 SPWM的一半。TMS320LF2407A的定時器有如下功能 ： 作為常規(guī)的定時 /計數(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；定時器 3與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的 6個 PWM控制信號 ： 啟動 AD轉(zhuǎn)換。對每個脈沖相對于載波周期的占空比的計算是在定時器 3的下溢中斷服務子程序中完成的。 PWM波形產(chǎn)生的原理如圖 ，包括非對稱波形發(fā)生器、可編程的死區(qū)單元 (DBU)、輸出邏輯、空間矢量 PWM狀態(tài)機。的相位差。由于每相可分別獨立控制，易實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)、在線熱更換、模塊冗余技術，因此系統(tǒng)的可靠性高，具有極強的帶不平衡負載能力，但是這種電路結(jié)構(gòu)的元器件數(shù)多、成本高。 9 5 247。 78 247。 DSP 與 IPM 的連接電路 IPM 的特點是集功率變換、驅(qū)動與保護電路于一體，但是在實際的使用過程中，僅僅依靠其內(nèi)部集成的驅(qū)動裝置是不夠的，輸入控制信號與驅(qū)動輸出之間必須有良好的電氣隔離，驅(qū)動輸出直接連接 IPM 模塊，與強電相連。系統(tǒng)采用定點、低功耗 ，高性能靜態(tài) CMOS技術， 30MIPS的執(zhí)行速度，較短的指令周期 (33ns)，片內(nèi)有 32K的閃存，并且閃存包含 256B的擴展 ROM，片內(nèi)光電編程接口電路，芯片提供了一個適合不同外設的內(nèi)存，滿足各種要求的具體性能。 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。 31 第 4 章 逆變電源的軟件設計 通常，在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要控制很多中小功率的三相逆變器。 ： 存儲器接口電路的設計 ： 主要考慮存儲器速度，以確定需插入幾個等待狀態(tài)。 DSP芯片也稱數(shù)字信號處理芯片，是一種特別適合進行數(shù)字信號處理的微處理器，其主要應用是實現(xiàn)各種快速實時的數(shù)字信號處理算法。 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。 )/(1 CL ?? ?所對應的頻率為截止頻率 cf ， )2/(1 LCfc ?? 。 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。 21 第 3 章 基于 DSP系統(tǒng)的硬件設計與研究 隨著電力電子技術的高速發(fā)展和各個行業(yè)對電氣設備控制性能要求的提高，逆變技術在許多領域應用越來越廣泛，作為逆變的一種重要形式，三相逆變器廣泛應用于用電量大或三相四線制供電負載場合，其電路拓撲主要有三相全橋式、三相半橋式、三相四橋臀式等結(jié)構(gòu)。 當 CPU 接受中斷請求時，為了區(qū)別這些引起中斷的外設事件，在每個外設中斷請求有效時都會產(chǎn)生一個唯一的外設中斷向量，這個外設中斷向量被裝載到外設中斷向量寄存器（ PIVR）里面。當通用定時器 1 的計數(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，比較單元的比較中斷寄存器將被置位。TMS320LF2407A的定時器有如下功能 ： 作為常規(guī)的定時 /計數(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；定時器 3與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的 6個 PWM控制信號 ： 啟動 AD轉(zhuǎn)換。 EVA和 EVB的定時器、比較單元以及捕獲單元的功能都相同，只是定時器和單元的名稱不同。 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。 綜上所述，本系統(tǒng)采用不對稱規(guī)則采樣法來生成 SPWM。 (2)對稱規(guī)則采樣法。 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。 下面介紹電壓型全橋逆變電路：電路原理圖見圖 。而且由于采用了數(shù)字電路實現(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。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。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行研究。而作為專用的 DSP 的出現(xiàn)，更是為研究和設計新型的逆變電源提供了更方便、更靈活、功能更強大的技術平臺。 數(shù)字化、網(wǎng)絡化已經(jīng)成為信息社會的主流。尤其是最近幾年，微處理器用于實現(xiàn) PWM控制技術后，使得現(xiàn)代控制理論的控制方法能夠應用于逆變器的 PWM控制，大大提高了現(xiàn)代逆變器的性能。在同一直流電壓輸入情況下，全橋逆變電路輸出電壓是半橋逆變電路輸出電壓的二倍，故文中逆變電源逆變器部分采用全橋逆變電路。上述被稱為面積等效原理，它是7 PWM控制技術的重要理論基礎。 由此可知，自然采樣法得到的數(shù)學模型并不適合由微處理器實現(xiàn)實時控制。而 DSP以其時鐘頻率可達到 40MHz的優(yōu)勢，無疑解決了這個問題。 單極性 SPWM 控制由于采用了單極性三角載波調(diào)制，從而使控制信號的發(fā)生變得較為復雜，因而很少采用。 TMS320LF2407A包括兩個事件管理模塊 EVA和 EVB，每個事件管理器模塊包括通用定時（ GP） 、比較單元、捕獲單元以及正交編碼脈沖電路。定時器是事件管