【正文】 用 DSP產(chǎn)生多相正弦波有多種方法，如采用 D/A轉(zhuǎn)換器。 31 第 4 章 逆變電源的軟件設(shè)計(jì) 通常，在實(shí)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。如果硬件設(shè)計(jì)不當(dāng)，很容易造成干擾，而產(chǎn)生誤判斷和誤動(dòng)作。 電源電路結(jié)構(gòu)圖如圖 。該信號(hào) /RS_DSP 接到 DSP 的復(fù)位引腳上。 表 HER608參數(shù)表 電源插孔 J1 標(biāo)識(shí)為內(nèi)正外負(fù)， 5V 穩(wěn)壓直流電源輸入。 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。這里使用 TI 公司的 TPS7333 來(lái)設(shè)計(jì)電源供電電路。 電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，要把 TMS320LF2407 的所有電源引腳連到各自的供電電源上。 ： 存儲(chǔ)器接口電路的設(shè)計(jì) ： 主要考慮存儲(chǔ)器速度，以確定需插入幾個(gè)等待狀態(tài)。在過(guò)渡過(guò)程中的一部分時(shí)間中，存在 ＜ 的情況，則上電比較器就會(huì)輸出低電平送到復(fù)位發(fā)生器中，從而產(chǎn)生 200ms 的復(fù)位脈沖輸出。 MAX708 與 TMS320LF2407A 接口如圖 所示。 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(fù)位電路設(shè)計(jì) TMS320LF2407A DSP 芯片的引腳 RS 是復(fù)位信號(hào)輸入端，當(dāng)該引腳電平為低時(shí)使 DSP 芯片復(fù)位。 晶 振1 0 M H Z外 部程 序 存 儲(chǔ) 器復(fù) 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(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 本文采用封裝好的晶體振蕩器，將外部時(shí)鐘源直接輸入 X2/CLKIN 引腳，而將 X1 引腳懸空，如圖 所示。系統(tǒng)采用定點(diǎn)、低功耗 ，高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)， 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(kuò)展 ROM，片內(nèi)光電編程接口電路，芯片提供了一個(gè)適合不同外設(shè)的內(nèi)存，滿(mǎn)足各種要求的具體性能。 DSP 的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下： 采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，高度的操作“并行性”，支持流水線(xiàn)操作，片內(nèi)含有專(zhuān)門(mén)的硬件乘法器和高性能的運(yùn)算器及累加器，提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。根據(jù)數(shù)字信號(hào)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(shí)分復(fù)用等特點(diǎn) 。 DSP芯片也稱(chēng)數(shù)字信號(hào)處理芯片，是一種特別適合進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)各種快速實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理算法。故障信號(hào)經(jīng)光耦隔離后連向 CPU的第 7腳，該腳的下降沿將使 CPU關(guān)斷PWM1到 PWM6所有的脈沖信號(hào)。與 DSP的具體接線(xiàn)如圖 。 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(jiǎn)單。而且此隔離電路必須放大 SPWM 控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)還要保證轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度。 DSP 與 IPM 的連接電路 IPM 的特點(diǎn)是集功率變換、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路于一體，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中，僅僅依靠其內(nèi)部集成的驅(qū)動(dòng)裝置是不夠的，輸入控制信號(hào)與驅(qū)動(dòng)輸出之間必須有良好的電氣隔離，驅(qū)動(dòng)輸出直接連接 IPM 模塊，與強(qiáng)電相連。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。 F2 . 2 181。 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。為此，在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中選用了高速光耦 HCPL4504 接收并轉(zhuǎn)換 SPWM 信號(hào)，配合使用 PC817 接收并轉(zhuǎn)換 IPM 的 F0故障輸出信號(hào)， 輸出低電平有效，所以直接將四路 接入 DSP 的 中斷接口，當(dāng)故障信號(hào)發(fā)生時(shí)， DSP 將中斷SPWM 控制波的生成。控制信號(hào)一般由單片機(jī)或 DSP 輸出，為了避免強(qiáng)電對(duì)其干擾，兩者之間必須進(jìn)行電氣隔離。 IPM的功能框圖如圖 。 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(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，而且還內(nèi)藏有過(guò)電壓，過(guò)電流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)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(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。 78 247。 3 247。該濾波器可以滿(mǎn)足濾波要求。 )/(1 CL ?? ?所對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率 cf ， )2/(1 LCfc ?? 。 表 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 輸出濾波電路的設(shè)計(jì) 圖 LC濾波電路 24 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(kāi)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(mǎn)足要求 ， 必須采用輸出濾波器。本系統(tǒng)中選用 NICHICON 耐壓為 450V，1500? F 電解電容 ， 兩個(gè)電容串聯(lián)以提高耐壓 ， 防止開(kāi)機(jī) 和停機(jī)瞬間沖擊電壓過(guò)大而損壞電容。 (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 U ， 則等效的濾波電路負(fù)載電阻為 2 /LdR U P? 。考慮到輸入電壓的波動(dòng)及降額使用，本電源選擇了 6A、 1000V 的整流二極管。 9 5 247。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(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗，設(shè)效率為 η=80% ，則有 P=1000/=1250W。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 √6 45 ?? 539??。 IPM 所需的 +15V電源由三菱公司專(zhuān)門(mén)配置的 M57120L 和 M5714001 配合產(chǎn)生。 控制電路由 DSP 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 。 逆變電路采用三菱公司的 IPM 模塊構(gòu)成三相橋式逆變器。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 。 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 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22 基于 DSP控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 。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(xiàn)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。 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。 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(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力較大。 21 第 3 章 基于 DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究 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(lái)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(xiàn)制供電負(fù)載場(chǎng)合，其電路拓?fù)渲饕腥嗳珮蚴?、三相半橋式、三相四橋臀式等結(jié)構(gòu)。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。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 ： NfTS 21? (式 ) 20 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(xiàn)來(lái)確定。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。的相位差。通過(guò)這些值，可計(jì)算出各相的開(kāi)關(guān)時(shí)間。 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 ，圖中 CMPR CMPR CMPR6分別對(duì)應(yīng)于 U、 V、 W三相。 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 總是響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的外設(shè)中斷請(qǐng)求。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。 在底層中斷，從幾個(gè)外設(shè)來(lái)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。 DSP 通過(guò)中斷請(qǐng)求系統(tǒng)中的一個(gè)兩級(jí)中斷來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)可響應(yīng)的中斷個(gè)數(shù)。 PWM波形產(chǎn)生的原理如圖 ，包括非對(duì)稱(chēng)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)。 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。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。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。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。其結(jié)構(gòu)如圖 。 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。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(xiě)；一個(gè) 16 位的定時(shí)器比較寄存器 ，可讀寫(xiě)；一個(gè) 16 位的定時(shí)器周期寄存器 ，可讀寫(xiě)；一個(gè) 16位的定時(shí)器控制寄存器 CONTX ，可讀寫(xiě)；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 XTDIR 。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。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)。采用連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的 SPWM波，其工作過(guò)程如下 ： 計(jì)數(shù)器的值由初值開(kāi)始向上增計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)寄存器 T3PR值時(shí)，開(kāi)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16 復(fù)。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(cè)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。針對(duì)本系統(tǒng)，就 EV中幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行說(shuō)明。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 。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)。采用連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的 SPWM波，其工作過(guò)程如下 ： 計(jì)數(shù)器的值由初值開(kāi)始向