基于DSP的中頻電源的電路（硬件）實(shí)現

2.2.2.3 輸出濾波電路參數選取

低通濾波電路分為兩種，π型和倒L型電路，本系統采取倒L型結構，如圖3所示。

由于輸出為400 Hz，輸出電壓為220 V，功率為1 kW，通過(guò)諧波分析可以知道，輸出電壓的諧波分量集中在很高的開(kāi)關(guān)頻率附近，因此理論上截止頻率可以選得很高，但由于輸出電壓中也含有低次諧波，所以選取fC=600 Hz。根據輸出負載電壓為Ur=220 V，

故ZL=Ur

2/P=2202/1 000=48.4Ω。

一般濾波器的標稱(chēng)阻抗R=(0.5～0.8)ZL 這里取R=38Ω。因此

L=R/2仔fC=38/2仔×600=10.1 mH

C=1/2仔fCR=1/2仔×600×38=6.98μF

由于系統為中頻400 Hz，所以濾波電感選用中頻磁芯，由以上計算可知電感上電壓的最大值為400 V，電流峰值取25 A。

為了使逆變器有一個(gè)比較大的調整范圍，保證輸出400 Hz、220 V 的電源，負載阻抗R 實(shí)際上是變壓器，變壓器互感M與電容C 組成400 Hz 并聯(lián)諧振，這樣既起到隔離，又起到進(jìn)一步減少諧波的作用。

2.3 驅動(dòng)電路的選擇

系統選用IR 公司的IR2132 來(lái)驅動(dòng)MOSFET，該芯片為六輸出高壓柵極驅動(dòng)器，28腳雙列直插，驅動(dòng)信號延時(shí)為ns級，開(kāi)關(guān)頻率可從幾十Hz到幾百kHz。IR2132具有6路輸入信號和6路輸出信號，其中6 路輸出信號中的3 路具有電平轉換功能，可直接驅動(dòng)高壓側的功率器件。該驅動(dòng)器可與主電路共地運行，且只需一路控制電源，克服了常規驅動(dòng)器需要多路隔離電源的缺點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了硬件設計。驅動(dòng)電路如圖4所示。

2.4 保護電路設計

保護電路主要包括直流輸入端防止過(guò)壓過(guò)流保護電路以及MOSFET 過(guò)流保護電路。直流輸入端保護電路主要包括熔斷器、啟動(dòng)電阻和直流電源濾波儲能電容器等元件。元件參數的選取計算如下。

1)啟動(dòng)電阻為避免電路中開(kāi)機的瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，在電源電路中串接一個(gè)功率型熱敏啟動(dòng)電阻。啟動(dòng)電阻的作用是當電路啟動(dòng)運行時(shí)，電阻值很大，短時(shí)間內的壓降很大，使得主電路的電壓很低，對電子器件的沖擊很小;當電路穩定時(shí)，又要求啟動(dòng)電阻的阻值很小，這樣電阻上的壓降小，也即穩定損耗小。因此，啟動(dòng)電阻一般選取負溫度系數電阻，開(kāi)機時(shí)熱敏電阻溫度低，電阻是5 Ω，這時(shí)開(kāi)關(guān)管上的電壓是電阻降壓后的電壓值。穩態(tài)運行時(shí)，自身溫度升高，阻值會(huì )下降，這樣正常工作時(shí)熱敏電阻上的損耗會(huì )減到最小，保證電源的效率。電阻選取為NTC 5D-25，啟動(dòng)時(shí)電阻值為5 Ω，而正常工作時(shí)阻值為0.070Ω，符合設計要求。

2)直流端電容在工程上電容的選取有一定的規則，對于用來(lái)儲能的電容要求不是很高，因此選定了耐壓為450 V的鋁電解電容。

3)交流輸出電壓檢測電路一方面將電壓反饋至DSP 的A/D 輸入口以調整逆變器的輸出電壓，一方面送至保護電路，當輸出電壓過(guò)高時(shí)封鎖輸出電壓脈沖，以上保護信號還可轉換成對應的電壓信號送至IR2132的腳9(Itrip端)，由IR2132的腳8 送出信號，封鎖DSP 的PWM 序列輸出，達到逆變電路的過(guò)壓保護。

2.5 反饋檢測電路以及A/D轉換電路

由于中頻電源采取閉環(huán)控制策略，因此需要對輸出電壓和電感電流進(jìn)行檢測，并轉換為可供A/D轉換的信號，由于輸出電壓和電流信號為模擬正弦波信號，而TMS320LF 2407 內部A/D轉換器，輸入信號的范圍為0~3.3 V的信號。因此必須采用電壓檢測及信號調理電路。我們采用LEM公司的LV28-P的閉環(huán)(補償)電壓霍爾傳感器來(lái)檢測輸出電壓，調理后達到A/D的輸入范圍的要求后送入A/D轉換通道ADCIN1中。

電流檢測調理電路和電壓檢測調理電路相似，經(jīng)過(guò)比較調理后送入A/D 轉換通道ADCIN2 中。

2.6 TMS320LF2407A DSP芯片及最小控制系統

采用DSP來(lái)作為中頻電源的控制核心有其獨特的優(yōu)勢，和普通單片機相比，例如51系列單片機單指令周期是2μs;80C196KC的運算指令周期是125 ns。

由于速度的限制，運用這些單片機控制的電源很難實(shí)現400 Hz正弦波的完美輸出。而DSP的運行速度達20 MIPS，幾乎所有的指令都可在50 ns的單周期內完成，這就使DSP能提供比傳統16位微處理器和微控制器強大得多的功能。16位定點(diǎn)DSP內核有很強的編程能力，能實(shí)時(shí)處理非常復雜的控制算法，有豐富的指令集、改進(jìn)的并行結構，支持很高的采樣率，減少了循環(huán)延時(shí)，有強大的外設功能，能降低生產(chǎn)成本，同時(shí)使系統具有很強的可編程性，更易于更新和升級。綜上所述，將DSP芯片作為整個(gè)中頻電源系統的核心控制芯片是可行的，具有實(shí)際意義的，本系統采用TMS320 LF2407芯片作為核心控制芯片。

TMS320LF2407A是TI 公司推出的高性能16位數字信號處理器，是定點(diǎn)DSP C2000 平臺系列中的一員。專(zhuān)門(mén)為電機控制與運動(dòng)控制數字化優(yōu)化實(shí)現而設計，特別適合于三相異步電動(dòng)機和逆變器的高性能控制。它集C2xx 內核增強型TMS320設計結構及適用于電機控制的低功耗、高性能、優(yōu)化外圍電路于一體，CPU內部采用增強型哈佛結構，四級流水線(xiàn)作業(yè)，幾乎每條指令可在25 ns(40 MIPS)完成。

以TMS320LF2407A DSP 為控制核心的最小控制系統包括電源系統，晶體振蕩電路，RAM 以及JATG調試接口。

3 結語(yǔ)

本文對電源系統的硬件做了詳細的介紹，根據要達到的性能要求對系統的參數進(jìn)行了具體的設計，尤其對于低通濾波器參數進(jìn)行了詳細探討，然后對電源系統功率器件的驅動(dòng)和保護，以及對于輸出波形的檢測進(jìn)行了硬件設計，最后對DSP最小控制系統各個(gè)部件的硬件設計進(jìn)行了研究。