基于数字信号处理器TMS320LF2407实现SPWM变频电源数字控制设计.docx

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1、基于数字信号处理器TMS3201F2407实现SPWM变频电源数字控制设计数字信号处理器(DSP)己广泛应用在高频开关电源的控制,采取DSP作为变频电源的控制核心,可以用最少的软硬性实现灵活、准确的在线控制。数字信号处理器TMS3201F2407既有一般器P芯片的特点,还在片内集成了许多外设电路，使其可以很方便地实现变频电源控制。本文中，控制系统采用了工程应用较多的正弦脉宽凋制技术，该技术具有算法简单,硬件实现容易，谐波较小等优点，可以充分发挥DSP的高速性、实时性、可靠性等方面的特点，结合相应的软件，应用一些改进的算法实现了SPWM调制，输出了质量较好、频率和幅值可任意改变的控制信号。1系统

2、的结构图1为变频电源基本幽电路硬件框图。变频电源采用高频SPwM技术和通用电压型单相全桥逆变电路，选取ICBT功率模块作为开关器件,控制电路采用全数字化设计。图1SPWM受叛器基本控制电路硬件框图输出电压和电感电流通过采样网络,将输入信号转换为TMS3201F2407所需要的电平，接至TMS3201F2407的A/D转换口。通过键盘键入所要求的输出电压值、频率值，由SC1模块与DSP实现通讯。得到逆变器当前工作的基准电压信号，经过电压电流调节器获得实际的正弦调制信号，与DSP定咧量产生的三角波载波信号相交截，输出带有一定死区的驱动控制信号，经驱动单元进行隔离放大后送到咽。DSP可以把当前时刻的

3、输出电压、频率值送给单左机并在8位皿上显示出来。为了保证过压、欠压、过流(过载)的情况下能有效地保护功率开关和负载，在本系统中设置了保护电路,一旦出现故障，PDEINT引脚为低电平状态，封锁驱动脉冲控制信号，切断变频电源输出。2SPwM波的软件设计变频电源研制的核心是SPwM波的生成，可利用DSP通过软件来实现，系统采用了双闭环反馈的控制策略，其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用P1形式，电感电流反馈构成内环，电流环设计为比例环节。由图1可以看出，输出电压的信号经调理采样生成Vf后直接反馈，与参考正弦电压在ef比较后，经P1调节后作为电流内环的给定信号Ig。其与电感电流反馈值If比较得到的

4、误差经P调节，作为调制波与三角载波进行交截产生SPwM开关信号。为了便丁变频器在线调试,所生成的SPwM波调制比必须可在一定范围任意改变，且误差较小。由上所述，可知SPWM波的生成涉及3个方面：获得参考止弦电压Vref实现电压电流双闭环控制、产生三角载波。其中，三角载波的实现很简单，可由DSP中的通用定时器产生，本设计中，使用了通用定时器1,可根据载波频率确定定时器1中的周期寄存器TIPR的值。下面着重介绍前两个方面所涉及的没计和算法。2.1 基准正弦电压信号的生成DSP实时地从单片机读取所需要的电压的频率和幅值作为当前输出电压的基准(给定)。获取当前时刻的正弦值，基准正弦信号是通过查表法产生

5、的。在数字控制系统中正弦基准信号就是一个正弦数据表格，故应将正弦波按其表达式制成0360。的表格供查用，在本设计中，正弦数据表格中数据点数选为1024,可将其数值放在片外数据存储器。有如图关系式：sin=sin2VT(1)式中：fS为当前时刻调制频率；t为采样时刻；N为当前时刻处在整个调制周期的第N个脉冲。由于本系统系变频电源，即fS是在变化的，且系统采用的是异步调制，所以N也是随fS变化而变化的。由此必须实时变化定时时间T以确保整个周期的脉冲数最大限度地接近整数，以避免或减少输出波形含有基波的子谐波;此外，还须实时地改变脉冲序列，以保证输出电压值不发生较大的跳变。2.1.1 实时改变定时时间

6、假设fS=400Hz,则频率凋制比Mf为哪=甯=62,5由于整个周期的脉冲数NE超过1所以NE只能选用定标为QO,即NE只能为整数，所以NE=62,从而在脉冲数上出现了相差了0.5个，反映在桥臂输出电压上，有正负输出所含的脉冲数不相同。由此会产生基频的子谐波。如果我们以当前的脉冲数NE回推出开关频率，则有fc=62x400=24.8kHz,这样确定的开关频率，就最大限度地保汪了正负调制周期的脉冲数近似相同。设计中，定时器1的工作方式设定为连续增减计数方式，故其中fcpu=20MHz为时钟频率,开关频率25kHz时可得定时时间T为40us,T1PR为400;而开关频率为24.8kHz时可得定时时间T为40.65s,TIPR为403.225,TIPR定标为Q0,所以只能为整数403,故求得频率调制比所以正负调制周期的脉冲数相差极少，为0.035,这样就最大限度的消除了基频的子谐波。2.1.2实时改变脉冲序列