【導讀】DSP技術改善了現(xiàn)實生活中有關于開關電源的設計和研發(fā)，在研發(fā)過程中提供了便利。本文要分享的是基于DSP技術的三相逆變電源的設計方案，首先來簡析一下三相逆變電源的SPWM調制原理。
在本方案所設計的這一基于DSP技術而研制的逆變器電路中，核心部分主要采用的是美國TI公司生產的TMS320LF2407A DSP芯片。在確定了DSP技術芯片的核心控制理念后，接下來我們就能夠根據數字控制思想構建通用的變換器系統(tǒng)平臺。此變換器平臺硬件上具有通用性，不僅適用于500W的三相逆變電源，對于輸出性能有不同要求的逆變器，只需對軟件進行修改即可滿足要求。本方案的設計指標為輸入電壓220V（AC），輸出電壓110V（AC），頻率50Hz，輸出功率500W，輸出電流4.5A，輸出總諧波因數（THD）2%。系統(tǒng)原理圖如下圖圖1所示。
圖1 基于DSP技術的三相逆變電源系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)構成
從圖1所給出的系統(tǒng)原理圖可知，整個基于DSP技術芯片所研發(fā)的三相逆變電源系統(tǒng)由輸入整流濾波、全橋逆變、輸出濾波、驅動隔離、數字控制器、輔助電源等部分構成。其中，基于DSP技術的數字控制器主要為功率電路中給開關管提供門極驅動數字信號。
在整個三相逆變電源系統(tǒng)中，特定的驅動信號是根據控制指令的比較綜合，通過某種調節(jié)規(guī)律及調節(jié)方式獲得的。在數字控制器DSP中，還包括時序控制等。而驅動隔離部分主要是給功率主電路的開關管提供驅動模擬信號，即通過電位隔離和功率放大，在數字信號與模擬信號之間架起一座橋梁。輔助電源主要是向控制、驅動電路提供驅動電源和控制電源。輸入整流部分完成ACDC的轉換，逆變橋部分完成DC-AC的轉換。
SPWM調制原理
在了解了這一基于DSP技術所設計的三相逆變電源系統(tǒng)構成情況后，接下來我們再來看一下SPWM調制原理。在采樣控制理論中有一個重要結論，相信很多工程師都非常清楚，那就是沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其基本效果相同。這個結論是PWM控制的重要理論基礎。
在本方案中，我們所設計的這一三相逆變電源，其主系統(tǒng)產生脈寬調制波的基本方法也正是基于上文中所提及的采樣控制理論而設計的。我們選擇把一個正弦波的每半個周期分成等分，然后把每等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，則各脈沖的寬度將按正弦規(guī)律變化。通常選正弦波為調制波，以高頻率的等腰三角形作為載波，由之相交構成正弦波脈沖調制（SPWM）。在這一三相逆變電源系統(tǒng)中，產生SPWM波的步驟如下：
首先，采用載波頻率為20kHz，即載波周期為50s。然后利用通用定時器T1的周期中斷T1PINT作為載波周期中斷，此時T1的計時器周期相當于載波周期。此時T1的計數模式應設為連續(xù)增減模式，而CPU的時鐘頻率則應當設定為40MHz，同時設置T1CON中的定標系數為4，即T1的輸出頻率為10MHz，計數周期為100ns。
在完成了T1技術模式和CPU時鐘頻率的設計后，接下來我們就需要根據占空比表達式計算出每個矩形脈沖的占空比，用占空比乘以周期寄存器的值，從而計算出比較寄存器的值，并使脈沖個數指針加1。在完成了上述操作后，接下來我們需要從周期中斷子程序中將計算所得的比較寄存器的值，送到比較寄存器中，并置相應的標志位。主程序根據標志位來判斷是否已完成一個周期的操作，如果標志位已置1，則清標志位，調計算占空比子程序，然后進入等待狀態(tài);如果標志位未置1，則直接進入等待狀態(tài)。
在這一基于DSP技術的三相逆變電源設計過程中，為了實現(xiàn)實時控制，我們特別采用了查表法來進行占空比的計算，即事先離線計算出每個開關角對應的占空比。這一步驟可由高級語言（如C或C++等）來完成，其等分數可由一變量DIVIDE來控制，列成表格（400個點），然后將其存放在數據區(qū)，等候隨時調用進行比較寄存器值的計算。實驗中如要調整載波頻率，即保持T1PR得值不變，只需相應地改變T1的定標系數就可以改變載波頻率，因此保證了算法的適應性。
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