基于DSP实现的开关逆变电源解析

　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。
　　2 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）。
　　3 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。Lr和Cr的选择可参考文献［4］。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。
　　
　　图1 系统结构图