基于TMS320F2812的高頻鏈逆變器控制系統

摘要：采用全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的拓撲結構，并對此逆變系統進(jìn)行了研究和設計。該逆變器以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片為控制核心，詳細介紹了DSP外圍調理電路的硬件設計方案及軟件實(shí)現方式，在采用電壓瞬時(shí)值反饋的單閉環(huán)控制方式的基礎上使逆變器實(shí)現了能量的雙向流通。整個(gè)電路的控制由一片TMS320F2812芯片完成，實(shí)現了電源的全數字化控制。最后制作了容量為250 VA的實(shí)驗樣機，實(shí)驗結果驗證了該逆變器及其控制方式的可行性和有效性。
關(guān)鍵詞：逆變電源；高頻鏈逆變器；TMS320F2812；SPWM

0 引言
隨著(zhù)逆變技術(shù)的不斷發(fā)展，高頻鏈逆變器在航空、電信、軍事等領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。與傳統的逆變技術(shù)相比，高頻鏈逆變技術(shù)應用高頻變壓器代替傳統的工頻變壓器，有體積小，重量輕，轉換效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此應用前景廣泛。高性能數字信號處理(DSP)芯片的出現和控制理論的普遍發(fā)展，使得逆變電源朝著(zhù)全數字化、智能化方向發(fā)展。本文以TMS320F2812高性能DSP控制器為核心，設計了高頻鏈逆變器的控制系統及部分硬件電路，該逆變電源的主電路采用全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的拓撲結構，選擇電壓瞬時(shí)值反饋的單閉環(huán)控制方案，可實(shí)現能量的雙向流通。實(shí)驗結果表明了該控制策略的可行性及有效性。

1 高頻鏈逆變電源的拓撲和原理
全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的主電路拓撲結構如圖1所示，它由高頻逆變器、高頻變壓器和周波變換器3部分組成。工作時(shí)，按能量傳遞方向來(lái)看，該逆變器工作在兩個(gè)不同狀態(tài)。當輸入電源向負載傳遞功率時(shí)，高頻鏈逆變器將直流電壓能源變換為脈動(dòng)的電流能量存儲在儲能式高頻變壓器中，周波變換器將該高頻脈動(dòng)電流低頻解調，經(jīng)濾波后得到低頻交流電，供電給負載。負載向輸入電源回饋能量時(shí)，高頻逆變器工作在整流狀態(tài)，周波變換器工作在調制狀態(tài)。

全橋雙向電流源高頻鏈逆變器是以反激式(Flyback)功率變換器的拓撲結構為基礎的。按照輸出電壓uo和輸出電流io的極性劃分，該逆變器具有4種工作模式A，B，C，D，每一種工作模式的結構拓撲都相當于一個(gè)Flyback功率變換器，而且對于不同的負載，逆變器的工作模式順序不同。
當uo>0，io>0時(shí)，逆變器工作在模式A，VM1和VM4高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM1，VM4，VM5，VD6，C，Z構成一個(gè)Flyback變換器，電源Ui向負載Z傳輸能量。
當uo0，io>0時(shí)，逆變器工作在模式B，VM5高頻斬波，VM6常通。Li，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構成一個(gè)Flyback變換器，負載Z向電源Ui回饋能量。
當uo0，io0時(shí)，逆變器工作在模式C，VM2和VM3高頻斬波，VM6常通。Ui，L1，L2，VM2，VM3，VM6，VD5，C，Z構成一個(gè)Flyback變換器，電源Ui向負載Z傳輸能量。
當uo>0，io0時(shí)，逆變器工作在模式D，VM6高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構成一個(gè)Flyback變換器，負載Z向電源Ui回饋能量。
當逆變器帶感性負載時(shí)，輸出電流的基波分量io落后于輸出電壓uo，其控制原理波形如圖2所示。從圖中可以清晰地看到，控制原理波形與上述4種工作模式是一一對應的。逆變器工作順序為A→B→C→D。