具有完善保護功能的DSP三相SPWM逆變電源設計

1系統介紹

根據結構不同，變頻電源可分為直接變頻電源與間接變頻電源兩大類(lèi)。本文所研究的變頻電源采用間接逆變結構即交-直-交變換過(guò)程。首先通過(guò)單相全橋整流電路完成交-直變換，然后在DSP控制下把直流電源轉換成三相SPWM波形供給后級濾波電路，形成標準的正弦波。變頻系統控制器采用TI公司推出的業(yè)界首款浮點(diǎn)數字信號控制器TMS320F28335，它具有150MHz高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，單指令周期32位累加運算，可滿(mǎn)足應用對于更快代碼開(kāi)發(fā)與集成高級控制器的浮點(diǎn)處理器性能的要求。與上一代領(lǐng)先的數字信號處理器相比，最新的F2833x浮點(diǎn)控制器不僅可將性能平均提升50%，還具有精度更高、簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)、兼容定點(diǎn)C28xTM控制器軟件的特點(diǎn)。系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

2系統硬件設計

變頻電源的硬件電路主要包含6個(gè)模塊：整流電路模塊、IPM電路模塊、IPM隔離驅動(dòng)模塊、輸出濾波模塊、電壓檢測模塊和TMS320F28335數字信號處理模塊。

2.1整流電路模塊

采用二極管不可控整流電路以提高網(wǎng)側電壓功率因數，整流所得直流電壓用大電容穩壓為逆變器提供直流電壓，該電路由6只整流二極管和吸收負載感性無(wú)功的直流穩壓電容組成。整流電路原理圖如圖2所示。

圖2 整流電路原理圖2.2電壓檢測模塊

電壓檢測是完成閉環(huán)控制的重要環(huán)節，為了精確的測量線(xiàn)電壓，通過(guò)TMS320F28335的SPI總線(xiàn)及GPIO口控制對輸入的線(xiàn)電壓進(jìn)行衰減/放大的比例以滿(mǎn)足A/D模塊對輸入信號電平(0-3V)的要求。電壓檢測模塊采用256抽頭的數字電位器AD5290和高速運算放大器AD8202組成程控信號放大/衰減器，每個(gè)輸入通道的輸入特性為1MΩ輸入阻抗+30pF。電壓檢測模塊電路原理圖如圖3所示。

圖3 電壓檢測電路原理圖

3.系統軟件設計

系統上電后按照選定的模式自舉加載程序，跳轉到主程序入口，進(jìn)行相關(guān)變量、控制寄存器初始化設置和正弦表初始化等工作。接著(zhù)使能需要的中斷，啟動(dòng)定時(shí)器，然后循環(huán)進(jìn)行故障檢測和保護，并等待中斷。主要包括三部分內容：定時(shí)器周期中斷子程序、A/D采樣子程序和數據處理算法。主程序流程圖如圖5所示。

圖4 主程序流程圖4實(shí)驗結果

4.1測量波形

在完成上述硬件設計的基礎上，本文采用特定的PWM控制策略，使逆變器拖動(dòng)感應電機運行，并進(jìn)行了短路、電機堵轉等實(shí)驗，證明采用逆變器性能穩定，能可靠地實(shí)現過(guò)流和短路保護。圖6是電機在空載條件下，用數字示波器記錄的穩態(tài)電壓波形。幅度為35V，頻率為60Hz。