【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)鍵，本文采用的是EVB產(chǎn)生SPWM波形信號(hào)。針對(duì)本系統(tǒng)，就EV中幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行說明。定時(shí)器是事件管理器的核心模塊。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。它的工作方式有4種:停止/保持模式、連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、定向增/減計(jì)數(shù)模式、連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式。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，其工作過程如下:計(jì)數(shù)器的值由初值開始向上增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)寄存器T3PR值時(shí)，開始遞減計(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)往復(fù)。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的過程中，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)。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)。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。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。每個(gè)事件管理模塊有兩個(gè)通用可編程定時(shí)器（GP）。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，可讀寫；一個(gè)16位的定時(shí)器比較寄存器，可讀寫；一個(gè)16位的定時(shí)器周期寄存器，可讀寫；一個(gè)16位的定時(shí)器控制寄存器，可讀寫；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。通用定時(shí)器的輸入有：內(nèi)部CPU時(shí)鐘、外部時(shí)鐘TCLKINA/B，最大頻率是CPU時(shí)鐘的1/方向輸入TDIRA/B，控制通用定時(shí)器增/減計(jì)數(shù)、復(fù)位。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。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/寫的影子寄存器；一個(gè)可讀/寫的比較控制寄存器（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。其結(jié)構(gòu)如圖212所示。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)。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。ACTRA寄存器中的位可以分別確定在比較匹配是每個(gè)輸出為高有效觸發(fā)（如果沒有強(qiáng)制高與低）。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。如果中斷不屏蔽，則產(chǎn)生外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。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。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模式下的輸出。每個(gè)事件管理模塊可同時(shí)產(chǎn)生多達(dá)8路的PWM波形輸出，有3個(gè)帶殼變成控制的比較單元產(chǎn)生獨(dú)立的3對(duì)（即6個(gè)輸出），以及由GP定時(shí)器比較產(chǎn)生的2個(gè)獨(dú)立的PWM輸出。PWM的特性如下：（1）16位寄存器；（2）有從0到16μs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。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。PWM波形產(chǎn)生的原理如圖213所示，包括非對(duì)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(jī)。采用LF2407的事件管理器，使用其中的脈寬調(diào)制電路來產(chǎn)生正弦SPWM波形。利用LF2407的事件管理器EVB產(chǎn)生3對(duì)(6個(gè))PWM波，這些PWM波的輸出為一組連續(xù)的幅值相等而寬度不等的矩形波，再通過相同的LC低通濾波器(也可以是RC低通濾波器)平滑濾波后，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)正弦波形。通過以上分析知:軟件設(shè)定不一樣的CMPRx的時(shí)間值就可以得到不同寬度的脈沖，從而得到SPWM波形，CMPRx的裝載條件是周期匹配或計(jì)數(shù)器下溢匹配。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)來滿足大量的外設(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。DSP通過中斷請(qǐng)求系統(tǒng)中的一個(gè)兩級(jí)中斷來擴(kuò)展系統(tǒng)可響應(yīng)的中斷個(gè)數(shù)。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。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。在外設(shè)配置寄存器中，對(duì)每一個(gè)產(chǎn)生外設(shè)中斷請(qǐng)求的事件都有中斷使能位和中斷標(biāo)志位。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。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。CPU總是響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的外設(shè)中斷請(qǐng)求。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。當(dāng)CPU接受中斷請(qǐng)求時(shí)，為了區(qū)別這些引起中斷的外設(shè)事件，在每個(gè)外設(shè)中斷請(qǐng)求有效時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)唯一的外設(shè)中斷向量，這個(gè)外設(shè)中斷向量被裝載到外設(shè)中斷向量寄存器（PIVR）里面。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。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）。外設(shè)向量表用來得到響應(yīng)某一特定外設(shè)中斷服務(wù)子程序(SISR)。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中的值來產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)移到SISR的向量。 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214所示，圖中CMPRCMPRCMPR6分別對(duì)應(yīng)于U、V、W三相。一個(gè)裝載周期內(nèi)，一次就必須裝載此采樣點(diǎn)各相對(duì)應(yīng)的正弦值:CMPRCMPRCMPR6。通過這些值，可計(jì)算出各相的開關(guān)時(shí)間。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(duì)稱，因此在一個(gè)裝載周期里面要裝載的值必須要有120176。的相位差。由于相位差120176。相當(dāng)于一周的1/3，因此必須取載波比N為3的整數(shù)倍。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：(k=1,2,3…,n) （216）由此，可得U、V、W三相的、和、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: （217）當(dāng)k為奇數(shù)時(shí)，即底點(diǎn)采樣時(shí)，U相有: （218）同樣，可求得其他兩相的、值，由此可求出U、V、W三相的脈沖寬度。由于采樣周期Ts為三角載波周期的1/2，所以有如下關(guān)系成立: （219)調(diào)制度M與指令頻率f之間有確定的關(guān)系，可由所要求的U/f曲線來確定。預(yù)先算出制成表格，存放于ROM中，以便查找。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)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。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)。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。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。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:首先，根據(jù)式(218)，確定采樣周期，即中斷周期?？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。接著，根據(jù)N值，預(yù)先計(jì)算好采樣點(diǎn)的單位正弦值，按順序制成表格。同時(shí)，根據(jù)負(fù)載U/f曲線，確定頻率f與調(diào)制比M之間的關(guān)系，將M值按f遞增的順序制成表格。最后，根據(jù)頻率指令值f，查表得相應(yīng)采樣周期Ts和調(diào)制比M值，并把Ts值存入寄存器T3PR，作為中斷定時(shí)周期。同時(shí)，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。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?、三相半橋式、三相四橋臀式和組合式等結(jié)構(gòu)。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。三相半橋逆變器雖然也有上述優(yōu)點(diǎn)，但其輸入直流電源電壓利用率較低，而且相同輸出電壓時(shí)功率開關(guān)的電壓應(yīng)力較大。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。三相四橋臂逆變器雖然帶不平衡負(fù)載的能力較強(qiáng)，但其電路拓?fù)漭^復(fù)雜、所用功率器件數(shù)較多、控制也復(fù)雜。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。由于每相可分別獨(dú)立控制，易實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)、在線熱更換、模塊冗余技術(shù)，因此系統(tǒng)的可靠性高，具有極強(qiáng)的帶不平衡負(fù)載能力，但是這種電路結(jié)構(gòu)的元器件數(shù)多、成本高。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?。圖31硬件結(jié)構(gòu)框圖基于DSP控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖31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。整流電路利用二極管三相橋式不控整流模塊將三相交流電整流成直流電。濾波電路采用電容濾波，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)瞬間充電電流過大。逆變電路采用三菱公司的IPM模塊構(gòu)成三相橋式逆變器。驅(qū)動(dòng)電路輸入信號(hào)來自DSP，通過高速光耦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?？刂齐娐酚蒁SP構(gòu)成，產(chǎn)生SPWM信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)，同時(shí)接收逆變器的因?yàn)楣收袭a(chǎn)生的輸入信號(hào)，使DSP產(chǎn)生中斷，可靠的停止逆變器的工作。電源電路主要是由TPS7333構(gòu)成為DSP提供+。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。、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。輸入為頻率50Hz、相電壓為220V的三相交流電，其輸出的直流電壓最大值為Ud=6U=220V=539V?！?。本文設(shè)計(jì)的電源的額定輸出功率，考慮到濾波器的損耗以及功率開關(guān)管的開關(guān)損耗，設(shè)效率為η=80%，則有P=1000/=1250W。工作時(shí)，考慮到電壓會(huì)下降，設(shè)下降值約為10%，則有：Id=P247。=1250247。(540)= (31)電流定額：Ipmn=KimId== (32)電壓耐量：Urm=KumUd=540=810V (33)其中Kim,Kum分別為電流、電壓安全余量系數(shù)?？紤]到輸入電壓的波動(dòng)及降額使用，本電源選擇了6A、1000V的整流二極管。規(guī)格參數(shù)如下表31所示。表31 HER608參數(shù)表產(chǎn)品名高效整流二極管零件號(hào)HER608最大反向工作電壓Vr（V）1000最大平均正向電流（A）6最大正向浪涌電流Ifsm（A）200最大反向電流Ir（μA）10最大反向恢復(fù)時(shí)間（ns）75資料來源：[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.(2)濾波電容選取方法 設(shè)逆變電路輸入功率為P,電容上平均電壓為Ud,則等效的濾波電路負(fù)載電阻為。整流后電壓脈動(dòng)頻率為f(三相全橋整流f=300Hz),周期T=1/f,則濾波電解電容的電容量為:C=(3～5)T/R。本系統(tǒng)中選用NICHICON耐壓為450V,1500F電解電容,兩個(gè)電容串聯(lián)以提高耐壓, 防止開機(jī)和停機(jī)瞬間沖擊電壓過大而損壞電容。圖中電阻是為工作時(shí)平衡電容電壓、開機(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。圖33 LC濾波電路采用SPWM控制的逆變電路,輸出的SPWM波中含有大量的高頻諧波,加上防止上下橋臂直通而設(shè)置的死區(qū)、晶體管開關(guān)時(shí)間和功率器件參數(shù)差異等因素,輸出電壓中也含有一定的低次諧波,為了保證輸出波形諧波滿足要求,必須采用輸出濾波器。設(shè)計(jì)的濾波器如圖33所示,圖中感抗,其隨頻率的升高而增大；容抗,其隨頻率的升高而減小。所對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率。設(shè)逆變器輸出電壓的基波頻率為,最低次諧波頻率為，則,所以當(dāng)時(shí),電感對(duì)