一种基于DSPTMS320LF2407的逆变电源.doc

精品论文大集合一种基于 dsptms320lf2407 的逆变电源刘皓春，熊娥 武汉理工大学信息工程学院，武汉 (430070) e-mail：bear_840204163.com摘要：近年来，光伏发电技术有了广泛的应用，随着我国新能源法的颁布，光伏发电系统 将在我国拥有更广阔的发展空间。逆变电源是光伏发电系统的重要部件，其性能对光伏系统的应用产生较大影响。目前，国内纯正弦波输出逆变电源主要采用工频变压器升压输出，这 种逆变器体积大、笨重、价格也较高，难以适应技术发展和市场需求。为此，文章针对逆变电源的设计，介绍了一种基于 tms320lf2407 控制的高频链逆变电源，有助于降低系统体 积并提高系统效率。整个系统设计分为硬件和软件两方面。对控制系统的软硬件设计进行了详细的研究。对于工程人员在逆变电源中设计和使用该系列的 dsp 有很好的指导作用。 关键词：dsp；逆变器；spwm1引言传统的逆变器采用模拟控制，由于采用模拟元件，易老化，且对温度变化敏感，人们越 来越多的求助于数字化方案来减小控制电路的复杂程度，同时采用更先进的控制方法来提高 逆变电源的输出波形质量和可靠性。随着 dsp 的发展和应用，逆变电源控制由模拟控制向数字化控制的转变成为可能，由 于具有超强的数据处理和很快的处理速度，配合高性能的 ad 变换器，dsp 能够瞬时的读取 逆变电源的输出，并实时的计算出输出 pwm 值，从而使逆变电源的输出波形质量达到可以 接受的水平。本文采用 ti 公司的专用控制芯片 tms320lf2407，来实现对逆变器的控制。2系统硬件设计2.1 系统结构介绍本文研究的光伏逆变电源为单相交流，具有独立运行的工作模式，结构框图如图一所示， 由功率主电路、控制电路、驱动电路、采样调理及保护电路组成：图 1 光伏电源逆变器整体结构框图2.2 系统主电路描述主电路部分由高频逆变器、高频变压器和周波变换器组成。可与采样电路、保护电路配 合，对输出实行实时控制，具有较快的动态响应速度和良好的输出特性。- 5 -工作原理分析：图 2 系统主电路图其中，v1、v2、v3、v4 组成全桥变换器，v5、v6 组成周波变换器，整个工作过程可 以分为四个阶段：（1）让 v1、v4 导通。v5 提前导通，直流侧的能量便可以传输到输出端。此时电感储 能，v5 软开通。（2）谐振阶段。由于电路隔直电容和谐振电感谐振，电感释放在第一阶段所保存的能 量。当谐振电流到零时，关断 v1。此阶段 v2、v4 导通，v5 延迟一段时间再关断。（3）让 v2、v3 导通。v6 提前导通。当 v2、v3 导通时，直流测的能量便可以传递到 输出端，此时 v6 软开通。（4）谐振阶段。工作原理同第二阶段类似，此时电流方向与第二阶段相反，当电感上 的能量释放完毕，关断 v6，此时一个周期便结束，开始下面一个周期。可知，不管变压器二次侧电压极性如何，若 v6 导通、v5 关断，则输出端 vo2 为正， vo1 为负；若 v5 导通、v6 关断，则输出端 vo1 为正，vo2 为负。综上，控制 v5、v6 的导 通顺序，即可控制输出端的极性3。3控制方式介绍3.1 2407 芯片特点本文控制芯片采用专用控制芯片 tms320lf2407，tms320lf2407 具有高速信号处理和 数字化控制功能所必需的结构特点。其主要特点为：(1)采用了高性能静态 cmos 技术，其系统运行主频高达 30mhz，使得指令周期缩短到33ns，大部分指令均可在单周期内完成。(2)片内外设采用统一的外设总线和数据空间连线，2 个事件管理器模块 eva 和 evb， 每个包括 2 个 16 位通用定时器；8 个 16 位的脉宽调制（pwm）通道。16 通道 a/d 转换器 等功能。(3)10 位 a/d 转换器最小转换时间为 500ns，可选择由 2 个事件管理器来触发两个 8 通 道输入 a/d 转换序列或者是 1 个 16 通道输入的 a/d 转换序列。(4)片内包含 32k 的 flash 程序存储器、544 字双存取 ram 和 2k 字的单存取 ram， 高达 40 个可单独编程或者复用的通用输入、输出引脚。3.2 pid 双闭环控制为了电源系统的稳定，采样负载端电压以及电流瞬时值构成双闭环反馈对系统进行实时 控制，其控制系统方框图如下图二所示：i f vovref i gv f图 3 控制框图外环采用输出电压的瞬时信号 vf 直接反馈，与软件提供的参考电压 vref 比较，电压 调节器采用比例积分调节，内环采用负载电流的反馈信号与电压调节器来比较，采用比例调 节，数字 pi 算法完全通过 dsp 数字实现。4系统软件设计4.1 spwm 的规则采样法采用三角波作为载波的规则采样法以获取 pwm 脉冲，原理如图 3 所示， t c uu ct at d t b 2 2u c 图 4 三角波载波的规则采样法每个脉冲的中点都与相应的三角波的中点相对应，在三角波的负峰时刻td 对正弦调制 波采样得到 d 点，过 d 做一条水平直线和三角波分别交于 a 和 b 点， = tc (1 + sin r td ) 2根据公式（1），如果一个周期内有 n 个矩形波，则第 i 个矩形波的占空比为：(1)dr = 0.5 + 0.5 sin(i * 2 n )（2）4.2 基于 dsp 的 spwm 波形产生及软件设计根据以上分析，在利用 tms320lf2407 通用定时器比较单元的 pwm 特性，可以得到 产生 spwm 的方法，具体步骤如下：(1)根据载波频率和信号频率计算出每个周期需要输出的矩形波个数，从而确定定时器 的周期。(2)根据占空比表达式计算出每个矩形波的占空比，用占空比乘以周期寄存器的值，从而计算出比较寄存器的值，并使脉冲个数指针加 1。 (3)将计算所得的比较寄存器的值送到比较寄存器，并置相应标志位。 (4)根据标志位来判断是否已经完成一个周期的操作，如果标志位已经置 1，则清标志位，进入等待状态，如果标志位未被置 1，则直接进入等待状态。4因此，用周期和占空比分别去设定 dsp 中 pwm 电路相应的寄存器，就可以在 pwmx（x=1，2，3，4，7，8）上获取所需要的控制相应的开关管的 pwm 脉冲波形。 主程序流程图及 pid 控制流程图如下图五、图六所示：图 5 主程序流程图5总结图 6 pid 控制流程图本逆变系统采用的专用控制控制芯片 tms320f2407，功能全面，开发工具齐全，控制方便实用，经实验证明，基于 tms320f2407 的系统其具有运行稳定、成本低、实现简单和 可靠性高的特点，在能源紧张的今天，具有重要的应用价值。参考文献1 周志敏,周纪海等.逆变电源实用技术设计与应用.北京.中国电力出版社.2005.1 2 刘凤君.现代逆变技术及应用.北京.电子工业出版社.2006.93 吴开源,黄石生,李阳,陆沛涛.高性能数字信号处理器 tms320f2407a 及应用.广州:设计与开发.2004.34 翁武林,彭侠夫,孙文磊.电动汽车的 dsp 控制系统设计.福建厦门:制造与设计.2005.11an inverter based on tms320lf2407liu hao chun, xiong ewuhan university of technology, information technology department, wuhan (430070)abstractin recent years，photovoltaic power technology has widespreadapplication，along with country newenergy law enacted, photovoltaic power system will have broader development space in our country. inverter is an important component in photovoltaic. at present, the domestic pure sine wave output inverter mainly uses 50hz transformer for raising the output voltage. with large size. heavy weight and higher price, making it difficult to adapt to technological development and market demand. which help to reduce system volume and increase system efficien