基于DSP的智能中頻電源設計（一）

1概述

近年來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空技術(shù)水平相應地得到提高，民用飛機在速度、高度、航程以及安全性提高的同時(shí)，對飛機電氣系統設備的可靠性、供電品質(zhì)等的要求也不斷提高。機載發(fā)電機控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)GCU)是民用飛機的關(guān)鍵技術(shù)，是飛機上的重要部件，監測飛機的主發(fā)電機和永磁發(fā)電機的輸出是否正常，并在發(fā)現故障時(shí)發(fā)出信號給調節部分以進(jìn)行調節保護，使飛機的主發(fā)電機和永磁發(fā)電機正常工作，其關(guān)系如圖l所示。因此，GCU工作的可靠性直接關(guān)系到飛機供電系統的穩定性，關(guān)系到飛行安全，只有定期對其進(jìn)行檢測維護，做到故障的及時(shí)發(fā)現和及時(shí)處理，才能保證GCU正常工作。因此，必須對GCU在地面進(jìn)行各種電氣模擬測試試驗，為飛機各系統安全、準確、高效率、高協(xié)調性的工作提供保障，所以對機載GCU的性能參數進(jìn)行準確快速的測試具有重要意義。

GCU的檢測除需要一些專(zhuān)用設備外，最重要的是需要高性能專(zhuān)門(mén)特制的電源來(lái)模擬飛機主發(fā)電機和永磁發(fā)電機在正?；蚬收蠣顟B(tài)下輸出的信號。電源性能好壞直接關(guān)系到檢測工作的質(zhì)量，目前國內進(jìn)行GCU檢測用電源研究的單位比較少，而且所研究的電源針對某一機型，功能單一，精度低，自動(dòng)化程度差。電源主要是模擬民用飛機主發(fā)電機和永磁發(fā)電機的輸出信號提供GCU檢測所需的電壓和頻率。本文主要針對模擬主發(fā)電機所發(fā)出的信號，設計了一款智能中頻電源。

2智能中頻電源的設計指標

在對機載GCU進(jìn)行地面測試時(shí)，需要智能中頻電源模擬飛機主發(fā)電機供電系統可能出現的正常和非正常的供電狀況，包括過(guò)壓、欠壓、過(guò)頻、欠頻、電壓不對稱(chēng)等情況。依據GCU手冊中所提到的過(guò)壓要求最高131.5V,欠壓要求最低96V,因此相電壓輸出范圍的技術(shù)指標可定為80V一150V;依據手冊要求過(guò)頻要求最高433±3Hz,欠頻要求最低345±2Hz,因此頻率的技術(shù)指標可定為330~460Hz±1Hz,依據手冊容量500VA足夠滿(mǎn)足測試要求?.

根據上述的相關(guān)依據和GCU測試過(guò)程的要求確定智能中頻電源設計指標為：

輸出為三相四線(xiàn)制;相電壓80-150±1.5V;頻率330~460Hz±lHz;容量500VA;三相間可獨立調節;波形失真度小于5%;RS485通訊接口，實(shí)現啟動(dòng)、停機/復位和調壓、調頻功能;操作顯示：LCD面板顯示三相電壓、電流、頻率;保護功能：輸入過(guò)欠壓、輸出過(guò)壓、過(guò)載、短路、過(guò)熱。

3 系統結構的總硬件設計

智能中頻電源在GCU測試系統中有著(zhù)舉足輕重的作用，中頻電源性能優(yōu)良與否是GCU測試的關(guān)鍵因素之一。

系統的硬件電路可分為主電路、控制電路、輔助電路和總線(xiàn)接口。主電路包括輸入整流濾波電路、逆變電路、開(kāi)關(guān)器件驅動(dòng)電路、緩沖電路和輸出交流濾波電路。控制電路主要包括DSPTMS320LF2407(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DSP2407)硬件開(kāi)發(fā)平臺。DSP2407板上集中放置了DSP2407處理芯片和系統所要用的各個(gè)輸人輸出口和功能接口，例如A/D采樣口、SCI通信口、PWM信號輸出口等。輔助電路包括模數轉換電路和保護電路，保護電路包括過(guò)壓保護和過(guò)流保護。接口與計算機相連使用通訊總線(xiàn)。系統基本硬件結構框圖如圖2所示。

本設計采用交一直一交的逆變形式，先使用整流濾波器將交流電過(guò)濾成直流電，再通過(guò)逆變電路將直流電轉換成交流電并輸出。

3.1基于DSP的SPWM產(chǎn)生PWM(Pulse width modulation即脈寬調制)技術(shù)就是利用全控型電力電子器件(IGBT、GTO等)的導通和關(guān)斷把電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列L2J,實(shí)現變壓、變頻控制并且消除諧波的技術(shù)。SPWM技術(shù)就是希望輸出的電壓是正弦波形，其含義是通過(guò)調節脈沖寬度(脈沖占空比)來(lái)調節平均電壓。

SPWM的基本思想是：正弦波作為調制波，等腰三角波作為載波，當三角波與正弦波曲線(xiàn)相交時(shí)，在交點(diǎn)時(shí)刻產(chǎn)生控制信號，用來(lái)控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，這樣可以得到一系列等幅而且脈沖寬度正比于對應區間正弦波曲線(xiàn)的函數值矩形脈沖(見(jiàn)圖3)。