基于DSP的逆變電源控制系統設計

1 前 言

由于電力，通信、航空以及大型信息、數據中心等行業(yè)高端設備對供電電源系統容量和質(zhì)量的要求越來(lái)越高，其中“大容量”、“高可靠性”和“不間斷”供電的特征，集中體現了高端設備對其動(dòng)力系統共同和基本要求。本文探討了基于DSP的逆變電源并聯(lián)控制系統。文章的創(chuàng )新之處是實(shí)現多個(gè)逆變器模塊的并聯(lián)供電電源系統，以滿(mǎn)足不同的負載功率及供電可靠性要求。逆變電源并聯(lián)控制技術(shù)的研究具有深遠的社會(huì )影響和社會(huì )效益。

2 基于DSP 的逆變電源并聯(lián)系統分析和設計

2.1 單逆變電源模塊分析與硬件設計

在并聯(lián)式分布電源系統中，首先必須盡量保證模塊間的一致性：每個(gè)模塊良好的負載特性和穩定；為了滿(mǎn)足這樣的要求，逆變器主電路的結構不斷變化更新，高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)也廣泛地應用到DC/AC逆變電源中。

高頻脈沖直流環(huán)節逆變器是基于諧振直流環(huán)節逆變器的原理提出的一種新的結構。該逆變器既能夠實(shí)現輸入和輸出之間的電氣隔離，又能夠實(shí)現逆變橋功率管的零電壓開(kāi)關(guān)。

圖1 逆變器的主電路圖

（1） 逆變器主電路

逆變器主電路如圖1所示。主電路由3部分組成：交錯并聯(lián)正激變換電路、吸收電路和全橋逆變電路。

（2）保護電路以及輸出濾波器的設計

本系統中，采用了濾波電感作為過(guò)流保護，如圖1所示，濾波電路由Lr1、 Lr2和Cr組成。在直直變換器和吸收電路之間串接濾波電感Lr1和一個(gè)較小的電容Cr，在逆變橋輸出端另外在串接另一個(gè)小電感Lr2。電壓反饋檢測點(diǎn)取至電感Lr1前面，這樣可以起到限流作用。同時(shí)，濾波電感又處在電流滯環(huán)控制中，一方面起漣波作用，另一方面在電流環(huán)中起積分器作用。若Lr1取值過(guò)大，將影響：①電流跟蹤速度、減緩系統動(dòng)態(tài)響應速度；②導致輸出電壓穩態(tài)精度降低；③增加系統的體積、重量和成本。電感電流的變化率須大于給定電流的變化率，才能保證電感電流跟蹤上給定電流，據此推得下式：

Lr1＜（Ubmax－Uomax sin a）／IgmaxWo

式中a――感性負載的功率因數角
Ubmax――脈沖電壓Uab的最大峰值
Uomax――輸出電壓的峰值

如果Lr1取值太小，電感電流的脈動(dòng)量增大，輸出電壓的質(zhì)量會(huì )受影響，因而必須限制電感電流的最大變化量。經(jīng)過(guò)計算和試驗電路參數選擇如下：Lr1＝15mH、Lr2＝3mH，Cr＝220nF。

2.2 控制部分的電路設計和分析

控制部分的電路主要由一片數字信號處理器（TMS320LF2407A）和脈寬調制專(zhuān)用集成芯片UC3524構成。

（1）數字信號處理器（TMS320LF2407A）的介紹

本系統各逆變模塊采用美國TI公司的數字信號處理器MS320F2407A，屬于TI公司的TMS320C2XX系列。從數據傳輸預處理的實(shí)時(shí)性、快速性以及性能價(jià)格比等方面考慮，本系統選用了TMS320F2407A。

（2）SPWM波形的產(chǎn)生

在本設計中仍然采用專(zhuān)用脈寬調制集成芯片UC3524產(chǎn)生SPWM波形。

圖2 逆變模塊控制原理圖

由上圖2可知：DSP通過(guò)高速D／A轉換器向UC3524發(fā)送標準的半正弦調制波（參考信號），限流參考信號以及載波同步控制信號等控制量。以此來(lái)調節SPW調制波形；在圖的左部分，直直變換電路和脈寬調制芯片UC3524通過(guò)電壓、電流反饋構成了一個(gè)雙閉環(huán)系統，這是單個(gè)逆變器SPWM生成和穩壓控制策略的核心。這樣能保證DSP還有大量的系統資源（系統時(shí)間）進(jìn)行各種控制算法以及模塊間數據傳輸，完成并機功能。