工程师分享：基于DSP实现的一种开关逆变电源

引言

随着工业和科学技术的发展，用户对电能质量的要求越来越高。包括市电在内的所有原始电能可能满足不了用户的要求，必须经过处理后才能使用，逆变技术在这种处理中起到了重要的作用。传统的逆变技术多为模拟控制或模拟与数字相结合的控制系统，其缺点为

1)控制电路的元器件比较多，体积庞大，结构复杂;

2)灵活性不够，硬件电路一旦设计完成，控制策略就不能改变;

3)调试比较麻烦，由于元器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点漂移，会导致系统参数的漂移，从而给调试带来不便。

因此，传统的逆变器在许多场合已不适应新的要求。

随着高速、廉价的数字信号处理器(DSP——Digital Signal Processor)的问世，于是便出现了数字电源(DPS——Digital Power Supply)。其优点有

1)数字化更容易实现数字芯片的处理和控制，避免模拟信号传递的畸变、失真，减少杂散信号的干扰;

2)便于系统调试;

3)如果将网络通迅和电源软件调试技术相结合，可实现远程遥感、遥测、遥调。

这些使得逆变电源数字化控制成为今后的发展趋势。

本文采用TI公司专门为电机及电力电子领域设计的TMS320LF2407型DSP作为控制器，介绍数字化周波逆变器的硬件设计和软件设计。

TMS320LF2407的结构特点

TMS320LF2407具有高速信号处理和数字化控制功能所必需的结构特点。将其优化的外设单元和高性能的DSP内核相结合，可以为各种类型电机提供高速和全变速的先进控制技术。其主要特点为

1)其系统运行主频达30MHz，使得指令周期缩短到33ns，绝大部份指令均可在单周期内完成，提高了控制器的实时能力。

2)2个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括2个16位通用定时器;8个16位的脉宽调制(PWM)通道。它们能够实现三相反相器控制;PWM的对称和非对称波形;当外部引脚PDPINTx出现低电平时快速关闭PWM通道;可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输入触发脉冲;16 通道A/D转换器等功能。事件管理模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。

3)10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。

4)高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPIO)。系统结构

本系统由主电路和控制电路两部分组成，如图1所示。主电路部分，采用移相式零电压、零电流(PS-ZVZCS)全桥变换 器和相控周波变换器 PCCYC(Phase ControlLED Cycle Converter)。跟其它变换器相比，相控周波变换器始终都可以工作在第一、三象限，与移相技术相结合，可以极大地提高高频变压器的工作效率。同时， 采用高频环进行逆变，因而无须采用工频变压器，使体积减小。全桥变换器部分，利用可饱和电感Lr和隔直电容Cr实现对环流的阻断，可以在很宽的负载范围内 实现超前桥臂的ZVS和滞后桥臂的ZCS，减小了开关应力，降低了损耗，提高了工作效率。控制部分，采用快速、高效的 DSP作为核心控制器，通过光耦隔离，并有IGBT自保护的专门驱动芯片EXB841来驱动主电路中的功率开关管。与采样电路，保护电路配合，可对输出实 行实时控制，具有较快的动态响应速度和良好的输出特性。

工作原理

Q1～Q4构成全桥，Q5、Q6组成周波变换器。开关管的驱动波形如图2所示。