【導讀】入獲得穩(wěn)壓恒頻的交流輸出。逆變電源技術是一門綜合性的產(chǎn)業(yè)技術，它橫跨電。逆變電源廣泛應用于航空、航海、電力、鐵路交通、郵電通信等諸多領。目前逆變電源的核心部分就是逆變器和其控制部分，雖然在控。制方法上已經(jīng)趨于成熟，但是其控制方法實現(xiàn)起來還是有所困難。電源的控制和逆變器進行深入研究具有很大的現(xiàn)實意義。絡化的方向發(fā)展。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。本文采用美國德州儀器公司。以實現(xiàn)所研制的逆變裝置能輸出標準的正弦交流電。詳細討論了逆變器的SPWM調(diào)制法工作原理，介紹了數(shù)字實現(xiàn)時對。稱規(guī)則采樣法和不對稱規(guī)則采樣法的特點。通過分析SPWM波形產(chǎn)生規(guī)律和特點，文中設計出了整個逆變電源的硬件結構，其主要核心部分是IPM和DSP. 這兩部分的結合使得該電源結構簡單、性能優(yōu)良。系統(tǒng)的各個部分進行了軟件設計，給出了相應的軟件流程圖。

　　

【正文】 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 ， 即濾波器不允許諧波信號通過負載。該濾波器可以滿足濾波要求。一般取濾波器的截止頻率 0)5~3( ffc ? ， 為了避免對某次諧波過度放大 ， 取 4 5 4 5 4 8 (式 ) 對電感 L和電容 C的取值按以下方法 ： 根據(jù)逆變器的輸出功率和輸出電壓求得負載阻 抗 ???? ， 濾波器的 標稱特 性阻抗R=(～ )RL， 取 ????? LRR ， 則 247。 3 247。 3 4 8 78 (式 ) 247。 78 247。3 86 （ 式 ) 實際電路中 ， 取 L=， FC ?? 。 IPM 的設計 智能功率模塊 IPM 的介紹 智能功率模塊 IPM（ Intelligent Power Module） 不僅把功率開關器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且還內(nèi)藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到 CPU或 DSP作中斷處理，它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門級驅(qū)動電路以及快速保護電路構成。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)動電路的集成結構，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。 IPM的功能框圖如圖 。 25 門 極 控 制門 極 驅(qū) 動欠 壓 保 護過 流 ,短 路 保 護過 熱 保 護I P M 智 能 模 塊+ 1 5 V 電 源控 制 信 號地+ 5 V 電 源F 0電 流 檢 測溫 度 檢 測 圖 IPM功能框圖 IPM 模塊的選擇 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?？刂菩盘栆话阌蓡纹瑱C或 DSP 輸出，為了避免強電對其干擾，兩者之間必須進行電氣隔離。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。為此，在驅(qū)動電路設計中選用了高速光耦 HCPL4504 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 中斷接口，當故障信號發(fā)生時， DSP 將中斷SPWM 控制波的生成。 圖 IPM外圍驅(qū)動電路 本文選擇了一種可以獲得高質(zhì)量 15V 電源。 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。 F4 7 181。 F2 . 2 181。 F++ +1 1 3 4 0 0 V ( D C )26 司專門為其 IPM 配置的電壓轉(zhuǎn)換模塊。在 M57120L 的輸入端加一路 113V400V 的直流電壓可以在輸出端得到一路 20V 的直流電壓，在 M5714001 的輸入端加一路18V~22V 的直流電壓，輸出端可以得到 4 路相互隔離的 15V 電壓。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。 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?？刂菩盘栆话阌蓡纹瑱C或 DSP 輸出，為了避免強電對其干擾，兩者之間必須進行電氣隔離。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。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。 圖 IPM和 DSP的連接電路 如上所述， IPM模塊將 IGBT所需的外圍電路都集成到了模塊之內(nèi)，所以它與T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 AP W M 1P W M 2P W M 3P W M 4P W M 5P W M 6P D P I N T AV s sV c cH C P L 4 5 0 4P C 8 1 7V s sV c cI nF oG N D單 元 1單 元 6 F oUu p cVpU1u pV5 65 45 24 74 44 07同 上 ， 省 略27 CPU的連接非常簡單。但是， CPU與 IPM之間不能有直接的電氣連接，推薦使用高速光耦 HCPL4504作為輸入信號的隔離器件，對于故障輸出可用一般的光耦，如PC817或 TPL521。與 DSP的具體接線如圖 。 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。故障信號經(jīng)光耦隔離后連向 CPU的第 7腳，該腳的下降沿將使 CPU關斷PWM1到 PWM6所有的脈沖信號。 DSP 控制電路的設計 DSP 芯片的特點與選取 DSP(數(shù)字信號處理 )利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O備，以數(shù)字形式對信號進行采集、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合入們需要的信號形式。 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。它的誕生及發(fā)展無疑對通信、計算機、控制等領域的發(fā)展起到了十分重要的作用。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求， DSP芯片具有精度高、可靠性高、集成度高、接口方便、靈活性好、保密性好、時分復用等特點 。 以 TMS320LF2407A 為核心的控制電路設計 (1)TMS320LF2407A 芯片介紹 DSP(數(shù)字信號處理器 )是 70 年代末， 80 年代初發(fā)展起來的以數(shù)字信號來處理大量信息的器件，是一種特別適合于實 現(xiàn)各種數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應用特點是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 DSP 的主要結構特點如下： 采用改進型哈佛結構，高度的操作“并行性”，支持流水線操作，片內(nèi)含有專門的硬件乘法器和高性能的運算器及累加器，提高了控制器的實時控制能力。 TI公司的 TMS320LF2407 DSP數(shù)字控制器將實時處理能力和控制器外設功能集于一身。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。 (2)TMS320LF2407A的最小系統(tǒng)的設計 28 一般情況下，與單片機系統(tǒng)設計類似， TMS32OLF2407A 有其最小系統(tǒng)，它的最小系統(tǒng)的設計框圖，如圖 。 晶 振1 0 M H Z外 部程 序 存 儲 器復 位 電 路T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A圖 DSP最小系統(tǒng)框圖 ① 時鐘電路設計 本文采用封裝好的晶體振蕩器，將外部時鐘源直接輸入 X2/CLKIN 引腳，而將 X1 引腳懸空，如圖 所示。由于這種方法簡單方便，系統(tǒng)設計一般都采用此種方法。 V C Co s c i l l a t o rG N D C L K O U TX T A L 2X T A L 1 / C L K I NT M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A12+ 3 . 3 V43R 13 3 Ω1 2 41 2 3 圖 晶振電路 ② 復位電路設計 TMS320LF2407A DSP 芯片的引腳 RS 是復位信號輸入端，當該引腳電平為低時使 DSP 芯片復位。為了提高 DSP 芯片構成的應用系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及保障 DSP芯片構成的應用系統(tǒng)的可靠復位，本文采用 MAX708 芯片進行復位。 MAX708 與 TMS320LF2407A 接口如圖 所示。 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。在過渡過程中的一部分時間中，存在 ＜ 的情況，則上電比較器就會輸出低電平送到復位發(fā)生器中，從而產(chǎn)生 200ms 的復位脈沖輸出。 ：在 MR 端接一個按鍵，接鍵另一端接地，則接鍵按下時，會產(chǎn)生一個低電平脈沖送到復位發(fā)生器中，從而產(chǎn)生 200ms 復位脈沖輸出。 ： 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)。 電源電路的設計 TMS320LF2407 有 4種電源需要電源電路提供： (1)DSP CPU 內(nèi)核電源，電源要求是 +； (2)DSP 外設電源，電源要求是 +； (3)Flash 編程電源，電源要求是 +5V； (4)模擬電路基準電源，電源要求是 +。 電源電路設計時，要把 TMS320LF2407 的所有電源引腳連到各自的供電電源上。電源電路的選擇是系統(tǒng)設計的一個重要的部分，設計好壞對系統(tǒng)的影響最大。這里使用 TI 公司的 TPS7333 來設計電源供電電路。 TPS7333 的輸入電壓為 +5V，輸出 + 直流電壓。 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。其主要參數(shù)如表 。 表 HER608參數(shù)表 電源插孔 J1 標識為內(nèi)正外負， 5V 穩(wěn)壓直流電源輸入。 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。該信號 /RS_DSP 接到 DSP 的復位引腳上。 7333 輸出后的 10uF 和 的電容不輸入電壓 /V 輸出電壓 /V 輸出電流 /A 工作溫度 /℃ 5 max typ min 500 40~+125 30 能省略，否則得不到穩(wěn)定的 。 電源電路結構圖如圖 。 + 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 電源電路結構圖 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。如果硬件設計不當，很容易造成干擾，而產(chǎn)生誤判斷和誤動作。因此必須對硬件電路采用如下抗干擾措施： (1)通過對控制電路的優(yōu)化設計，控制輸出電壓的紋波，使其盡量?。? (2)在設計 PCB板時，力求整體布局合理，同時使得生電路接線盡量的短，盡量降低地線阻抗； (3)數(shù)字電路和模擬電路分開，數(shù)字地和模擬地分別采用單點接地，盡量降低地線阻抗； (4)采樣電路與控制器的距離盡可能短，減少信號傳送過程中產(chǎn)生的干擾，同時，在 DSP芯片的 A/D轉(zhuǎn)換腳加上適當?shù)臑V波電容，消除傳送過程干擾，并在 A/D轉(zhuǎn)換腳的入口與芯片工作電源和地之間接一穩(wěn)壓二極管，起鉗位、保護作用； (5)采用主電路濾波電感的電流作反饋電流，由于此電流直接反映了功率管上的電流，因此用其作反饋具有快速限流保護的功能，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性 。 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。它的控制量是一相或三相頻率和相位均可調(diào)的正弦波。用 DSP產(chǎn)生多相正弦波有多種方法，如采用 D/A轉(zhuǎn)換器。使用 TMS320LF2407A外接 D/A轉(zhuǎn)換器可以輸出頻率較高的正弦波，但是