一种变频调压功率信号源的实现

　　1 系统的整体结构

　　本文介绍的功率信号源可提供输出电压从2～100V可变，频牢从20～l000Hz可变，并且可以在50Hz基频的情况下叠加基波幅值0～30%的直流分量与2～9次的各次谐波分量。输出电压幅值最小可调步长和分辨率为O.1V，输出电压频率最小可调步长和分辨率在20～100Hz时为O.1 Hz，在100～l 000Hz时，为1Hz。在额定工作条件下，在2～100V范围内，应能连续输出0.5A的电流，即最大输出50VA的功率。

　　为了满足系统的高精度及输出电压和频率均可变的要求，系统框图如图l所示，整个系统由AC/DC、DC/DC和DC/AC三部分组成。由于对输出功率的要求比较小，所以采用了反激式直流变换电路。DC/AC级采用全桥逆变电路。整个系统的控制是基于TT公司的DSP TMS320F2812。DC/DC环节采用INFINEON公司的ICES2AS01控制，其给定信号Vnf由DSP根据控制要求产生，从而获得可调的直流电压Vdc。CC/AC环节由DSP直接进行PWM控制，从而产生所需的功率信号波形。

　　

 

　　DSP TMS320F2812的几个特点：

　　(1)速度方面 TMS320F2812最高工作频率为150MHz(30MHz的品振经过倍频而得到);

　　(2)AD精度 TMS320F2812的AD采样精度可以达到12位：

　　(3)运算方面 TMS320C2812是32位的定点DSP，可以方便地运行32位与32位的乘法，能满足高精度与快速计算的要求。

　　2 控制方案及参数设计

　　2.1 逆变器建模与控制方案设计

　　单相全桥逆变器及其双环控制的结构框图如图2所不，Vdc为输入直流电压，S1～S4是功率MOSFET管.L为输出滤波电感，C为输出滤波电容。其控制环节采用电压外环电流内环的双环PID控制。采用输出电压与给定电压进行比较得到误差电压，误差电压经过PI环后成为电流环的给定，与电流采样值再进行比较.再经过P环节，蛀后由DSP的PWM环节产生控制信号。由于电感电流等于电容电流和负载电流之和，其中电容电流为输出电压的微分，对电感电流进行控制相当于使系统能超前对输出电压进行控制，因此能得到更好的动态性能。另外电感电流包含了负载电流，所以又可以对负载起到限流作用。

　　

 

　　逆变器输出电压的采样为差分采样模式，电感电流采样采用电流霍尔器件。电压采样系数为0.0109，则采样精度为

　　

 

　　小于0.lV，(其中，3V是DSP采样的最大电压值)满足系统要求。

　　根据逆变器的结构框图可以得到逆变器系统的控制框图，如图3所示。其中，

　　

 

　　是电压环PI调节的传递函数;K1为电流环P调节参数;Km为PWM环节的有效增益;K1为内环电流环的增益;K2为电压外环的增益;HSH(S)为零阶保持环节，为

　　

 

　　由于开关频率fs较高，即Ts较小，所以近似为