（电力电子与电力传动专业论文）高功率因数稳压电源.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着信息技术的普及推广，电力用户对电能质量的要求日益提高，其中最基 本的一条是电压的稳定。它是和系统中的无功状况是紧密相连的。高功率因数稳 压电源是一种既能起到稳压作用又可以提高电源输入端功率因数的高性能交流 电源。 本文首先介绍了电能质量和无功功率的基本概念、传统交流稳压电源的形式 及其特点和不足，接着提出一种新型的高功率因数稳压电源，随后对其关键技术 进行了详细的介绍。 传统的交流稳压电源基本都属于耗能型其技术原理不外乎用稳压管或铁磁 共振恒压变压器等非线性器件并辅以必要的电路实现对输出电压的自动调整，线 路成熟，理论比较完善。但这种电源有一些先天不足。以利用磁饱和原理的交流 南 稳压电源来讲，虽然可靠性高、寿命长、抗干扰性好、维护简单，但仍然存在着 诸多难以克服的缺点：体职大，重盘大，成本高；效率低，自耗电多；波形失真 大；稳压性能一般，做到1 已属不易。新型高效电力电子器件的不断涌现、电 力变换技术和控制理论的飞速发展以及微处理器技术的日新月异，源源不断地为 稳压电源的发展看注入着新的生机和活力，它的另一分支开关稳压电源获得 了更为迅猛地发展。其机理在于通过控制开关器件的导通时间来达到稳定输 电 压的目的与传统的耗能型稳压电源相比，开关电源的体积缩小而效率、稳定性 等指标却得到了显著的提高。它的的一个发展趋势是高频化，即将开关器件的开 关频率由2 0 k h z 提高到1 0 0 - - - 5 0 0 k h z 或更高高频电源可用轻便的高频变压器 代替笨重的工频变压器。从而使电源体积减少，重量减轻，而且使动态特性和稳 定性得到改善，抑制干扰容易，并为更大功率开关电源的集成化和自动化生产打 下基础。 轻型化、低噪音、多功能、智能化和高可靠性是目前稳压电源的发展趋势 将高频开关电源技术引入到交流稳压电源中，简化控制电路，降低成本，提高可 靠性，增大功率，使交流稳压电源开关化，减少采用工频变压器和低频电感是交 流稳压电源研究的新方向。高功率因数稳压电源是采用开关电源技术的种补偿 山东大学硕士学位论文 式稳压电源，通过对补偿电压幅值和相位的调节达到稳定输出电压和同时提高电 源输入端功率因数的目的。和传统的交流稳压电源相比它具有波形失真小，体积 小重量轻，可实现多重功能的特点 对补偿电压的控制是本电源的关键，本文对补偿电压的控制进行了多方面的 探讨，通过新型的d s p 数字信号处理技术实现了对补偿电压的控制。为了验证 设计电路的正确性，还应用m a t l a b 工具软件对所设计的电源进行了大量的仿 真研究。仿真结果证明，该电源各部分电路设计合理，结构简单，达到了一定的 水平，而且结果也是令人满意的。 关键词：稳压电源 比例积分微分控制 2 功率因数 数字信号处理器 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i di n c r e a s eo f i n d u s t r ya n dd o m e s t i cc o n s u m p t i o no fe l e c t r i cp o w e r , p o w e rq u a l i t yb e g a nt oa t t r a c tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n o n eo ft h eb a s i cr u l eo f p o w e r q u a l i t y i s t h es t a b i l i t y o f v o l t a g e i t i sc l o s e l y l i n k e d t o t h e c o n d i t i o n o f r e a c t i v e p o w e r h i g hp o w e rf a c t o rs t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l yi sak i n do fh i g hp e r f o r m a n c e a l t e r n a t i n gc u r r e n tp o w e rs u p p l yw h i c hc a nn o to n l ys t e a d yt h eo u t p u tv o l t a g eb u ta l s o e n h a n c et h ei n p u tp o w e rf a c t o r f i r s t l y , t h ep a p e r i n t r o d u c e st h e c o n c e p to fp o w e rq u a l i t y a n dr e a c t i v e p o w e r , t r a d i t i o n a la l t e r n a t i n gc u r r e n ts t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l y s f o r m sa n dt h e i r c h a r a c t e r i s t i ca n ds h o r t a g e s e c o n d l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e san e wk i n do fh i g hp o w e r f a c t o rs t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l y a tl a s t , t h ek e yt e c h n i q u eo fh i g hp o w e rf a c t o r s t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l yi sd e t a i l e d l ya n a l y z e d t r a d i t i o n a la cs t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l yi sb a s i c a l l yb e l o n gt od i s s i p a t i o no f e n e r g y 1 t st h e o r yi su s i n gn o n l i n e a rd e v i c es u c ha sv o l t a g er e g u l a t o rt u b eo rf c r r o r e s o n a n c es t e a d yv o l t a g et r a n s f o r m e ra s s i s t e dw i t hn e c e s s a r yc i r c u i tt or e a l i z et h ea u t o r e g u l a t i o no fo u t p u tv o l t a g e i t sc i r u i ti sm a t u r ea n dt h e o r yi sc o n s u m m a t e b u tt h i s k i n do fs u p p l yh a ss o m ei d i o p a t h i cs h o r t a g e f o re x a m p l e ，s u p p l yu s i n gm a g n e t i s m s a t u r a t i o nh a s t h e f o l l o w i n gs h o r t a g e ：s i z e i s b i g ，w e i g h t i s h e a v y ；c o s t i s h i g h ，e f f i c i e n c yi sl o w , s e l f - c o n s u m i n gi sh i g h ；h i g hw a v ed i s t o r t i o n ；s t e a d yp e r f o r m a n c e i sn o r m a l , h a r dt or e a c h1 w i t ht h er a p i dp r o g r e s so fp o w e re l e c t r o n i cd e v i c e sa n d p o w e rt r a n s f o r mt e c h n o l o g ya n dc o n t r o lt h e o r ya n dm i c r op r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , a n e wk i n do ft e c h n o l o g yi sb o r nf o rs t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l y i t ss w i t c h i n gp o w e r s u p p l y 1 t st h e o r yi sv i ac o n t r o l i n gt h es w i t h i n gd i v i c e sl e a d0 1 1a n ds h u to f ft i m et o s t e a d yt h eo u t p u tv o l t a g e c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a ls t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l y , i t ss i z e i ss m a l la n de f f i c i e n c yi sh i g ha n di t sp e r f o r m a n c ei ss t a b l e h i g hf r e q u e n c yi si t s d e v e l o p i n g t r e n d t h e s w i t h i n gf r e q u e n c yw i l l b ee n h a n c e df r o m2 0 k h zt o 1 0 0 - 5 0 0 k h zo rm u c hh i g h e r b e c a u s eo f i t sh i g hf r e q u e n c y , s m a l l e rs i z et r a n s f o r m e ri s 3 山东大学硕士学位论文 u s e di n s t e a do fb i gp o w e r f r e q u e n c yt r a n s f o r m e r s ot h es w i t h i n gs u p p l y ss i z ei ss m a l l a n di t sw e i g h ti sl i g h t i th a sg o o dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i ca n ds t a b l ep e r f o r m a n c e i t 。s e a s y t o b a r r a g ej a m m i n ga n df o r m i n gt h e f o u n d a t i o nf o rt h es w i t h i n gp o w e r 。s i n t e g r a t i o na n da u t o m a t i o n l i g h t - d u t y , l o w - n o i s e ，m u l t i f u n c t i o n ，i n t e l l i g e n t i z ea n dh i g hd e p e n d a b i l i t ya r et h e d e v e l o p i n gt r e n do fs t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l y s t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l ya d o p t i n g s w i t c h i n gt e c h n o l o g yt or e d u c et r a n s f o r m e rs i z ea n dl o wf r e q u e n c yi n d u c t a n c ei sa n e wr e s e a r c hd i r e c t i o n i tc a np r e d i g e s tc o n t r o l l i n gc i r c u i t ，r e d u c ec o s t ，e n h a n c e r e l i a b i l i t ya n di n c r e a s ep o w e r h i g hp o w e rf a c t o r s t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l ya d o p t s s w i t c h i n gt e c h n o l o g y i t s ak i n do fc o m p e n s a t i n gs u p p l yv i am o d u l a t i n gt h e c o m p e n s a t i n gv o l t a g et os t e a d yo u t p u tv o l t a g ea n d e n h a n c ei n p u tp o w e rv o l t a g e i th a s c h a r a c t e r i s t i co fl o ww a v ed i s t o r t i o n ，s m a l ls i z ea n dl i g h t w e i g h t ，r e a l i z i n g m u l t i f u n c t i o n t h ec o n t r o l l i n go fc o m p e n s a t i n gv o l t a g ei st h ek e yt e c h n o l o g y t h ep a p e r d i s c u s s e st h ec o n t r o l l i n go fc o m p e n s a t i n gv o l m g ei nm a n ya s p e c t s i tr e a l i z e dt h e c o n t r o lt h r o u g hn e wd s pt e c h n o l o t y al o to fs i m u l a t i o n sf o rt h es u p p l yd e s i g n e di n t h i sp a p e ra r em a d eb yu s i n gm a t l a bt ov e r i r yt h ec o r r e c t n e s so ft h ec i r c u i t d e s i g n e d t h er e s u l t so fs i m u l a t i o n sp r o v et h a tt h i ss u p p l yd e s i g ni nt h i sp a p e ri s r e a s o n a b l ea n ds i m p l ei ns t r u c t u r e i th a sr e a c h e dah i i g hl e v e la n dw i t ht h es a t i s f y i n g c o m p e n s a t i o ne f f e c t k e yw o r d s ： s t a b i l i z e dv o l t a g es u p p l y p i d 4 p o w e rf a c t o r d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 配网中的电能质量问题 电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差。 历史上，电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的变化范围内正常地 工作。但是在近5 1 0 年，随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基于计算 机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中大量投入使用，它们对系 统干扰比机电设备更加敏感，因此对供电质量的要求也更高。一旦出现电能质量 问题，轻则造成设备故障，重则造成整个系统的损坏，由此带来的损失是难以估 量的另一方面，大量为提高生产效率，节约能源和减小环境污染而采用的基于 电力电子技术的现代化设备正成为电能质量问题的主要来源。以电气化铁路机车 牵引式负荷为例，它属于整流负荷，是典型的谐波源；它采用工频单相式交流供 电，又是典型的负序源；同时它又具有波动性和不确定性，是典型的电压波动源 和闪变源。普通用户中大量使用的开关式电源，公共照明系统中荧光照明负荷正 逐渐成为配电系统中主要的谐波源和波动源。可以说，在这些新技术成功解决实 际生活环境中的污染问题的同时，如不加防范则会造成电力系统中新的污染问 题。因此，信息时代的电能质量问题具有一系列新的特点。 随着工农业和电力电子技术的发展，配电网中整流器、变频调速装置等负荷 不断增加。这些负荷具有非线性、冲击性及不平衡性等特点，它们不断地向电网 注入变化的非正弦电流，从而导致电压波动、闪变及三相不对称、电流电压波形 畸变等现象。另外，系统侧发生的雷击，短路、断路故障、重合闸，及正常的电 容器、电抗器的投切，变压器抽头的改变，都会给供电质量造成程度不同的干扰。 另一方面，随着现代工业技术的发展，计算机、自动控制，以及建立在其基础上 的设备应用的越来越广泛这些系统对供电质量有着很高的要求：首先，供电应 连续、可靠：其次，应该保证良好的电能质量，也就是说，电压频率应稳定，幅 值应合乎要求，波形应为严格正弦波，三相波形对称。低劣的电能质量将会导致 产品质量下降，甚至损坏生产设备。1 1 j 5 1 5 山东大学硕士学位论文 1 2 电能质量问题的内涵 通常的电能质量问题如谐波，三相不对称等继续存在，而且严重性正在增加。 值得注意的是，近年来随着供电可靠性的不断提高人们逐步将对传统的如供电中 断，电压长时间偏高或偏低等老的供电质量问题的注意力，转向新的动态电能质 量问题，如持续时间为周波级的动态电压升高( s w e l l s ) ，脉冲( i m p u l s e s ) ，电 压跌落( s a g s ) 和瞬时供电中断( m o m e n t a r yi n t e r r u p t i o n s ) 等。几种常见的动态 电能质量问题波形见图1 1 。这些都是近年来随着社会信息化的日益广泛而逐渐 暴露出来的新的电能质量问题形式。对这些动态电能质量问题的研究还8 * h i j 开 始，如何界定这些问题，用什么样的特征进行描述，如何制定相应指标进行评估 都还没有较为成熟的方法。这些都值得相关人员的进一步深入研究。 图l l 几种动态电能质量问题的示意图波形 按照作用时间不同，电能质量问题可以分成稳态质量问题和暂态质量问题， 稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括谐波、间谐波、波形下陷以及噪 声等：暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分脉冲暂态和 振荡暂态两大类。 另外，电能质量问题还可以分为电压质量问题和电流质量问题两个方面。电 压质量问题指会影响用户设备正常运行的不理想的系统电压，包括电压的闪变 ( f l i c k ) 或瞬时过电压, ( s w e l l ) 、谐波畸变( h a r m o n i c s ) 、各相电压不平衡( u n b a l a n c e ) 等情况；电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，包 括流入电网的谐波电流，以及无功、不平衡负荷电流、低频负荷变化造成的闪烁 等。在实际中，二者又是紧密相连的。例如，冲击性负荷电流经过传输线路的阻 抗将形成变化的电压降落，有可能导致电压波动；由非线性负荷引起的谐波电流 流绎系统时，产生的畸变电压会影响其它的用户；当系统电压幅值较低时电动 6 山东大学硕士学位论文 机电流必然会上升，从而导致电网无功更加缺乏，反过来加剧欠电压的程度。电 压质量问题直接和用户相关，因而也受到了更多的注意表1 1 中列出了常见的 电能质量问题。 表1 - 1 配网中的电能质量问题 典型频谱 典型电压 种类 典型持续时间 成分 幅值 纳秒级 i m s 瞬 低频 5 k h z0 3 5 0 0 m s 念 震荡 中频 5 5 0 0 k h z2 0 s ( 0 s e i l l a t o r y ) 高频 0 5 - 5 m h z5ps 电压中断 o 5 3 0 周波 o 1 p u ( i n t e r r u p t i o n ) 即时电压跌落 o 5 3 0 周波 o 1 o 9 p ( i n s t a n t a n e o u s ) ( s a g ) 暂 电压升高 0 5 - - , 3 0 周波 1 1 1 8 p u 期 ( s w e i b 电 压 电压中断3 0 周波 3 s 1 r a i n 0 8 9 p u 波 动 过电w ( o v e r - v o l r a g e ) 1 m i n 1 ! - 1 2 p u 三相不平衡( i m b a l a n c e )稳态o 5 2 7 山东大学硕士学位论文 直流偏移( d co f f s e 0 稳态 0 旬1 波 谐波( h a r m o n i c s ) 0 1 0 0 t l l 稳态o 一2 0 形 0 6 k h z稳态 m v 2 失 间谐波( i n t e rh a r m o n i c s ) 真 陷落( n o t c h i n g ) 稳态 噪声( n o i s e ) 宽带稳态 o 1 电压波动( f l u c t u a t i o n s ) 2 5 h z断续0 1 7 频率偏差( v a r i a t i o n s ) 9 0 。时( 吼为u c 和i 的夹角) ，p c o ，则补偿电源吸收有功能量，这时补偿电路 的能量由s p w m 逆变器向双向整流器传输，如图4 - 所示；当q f 0 。市电向直流侧传输电能，逆变器完成a c d c 间电能变换， 即工作在整流状态：当5 0 时。p 0 ，市电从直流侧吸收电能，此时逆变器完成 d c a c 间电能变换，即工作在逆变状态；8 - - - - 0 时，p = 0 ，市电与直流侧间仅传 输维持b 正常工作所需的无功功率 3 4 山东大学硕士学位论文 s p w m 逆变电路的能量传输是双向的，所以维持s p w m 逆变电路的直流侧 电压的稳定是非常重要的，直流侧电压的稳定可以通过整流器的调节来达到稳 定根据s p w m 控制的原理，u 曲l 的基波有效值u 曲l 为 u 矿篑u 。 式中u d - - 直流侧输出电压。又因为， u l b lc o s 8 = u l 所以有： u 。= 热 “_ 4 ) 由此式可以看出，改变m 或6 都可以达到调节u d 的目的。 2 双向整流器的控制方案 双向整流器的控制方案如图4 一1 4 所示。u r e f 为电压给定值。为了保证整 流器输出端电压的稳定，从电容两端取得电压u d 和给定电压相比较，进行数字 p i 调节，调节输出的是调制度m ，用来对标准正弦波的幅值进行控制。图中约 图4 1 4 双向整流器的控制方案 束条件是式( 4 - - 4 ) ，由约束条件可计算出移相角的大小6 ，用来对调制正弦波 进行移相。移相后就可以得到整流器的调制正弦波了它与三角波比较后生成 3 5 山东大学硕士学位论文 s p w m 脉冲，接驱动电路进行双向整流控制。 4 3 控制电路的实现 4 3 1 数字信号处理器基础 d s p 芯片，即数字信号处理芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合子 进行数字信号处理运算的微处理器其主要应用是实时快速地实现各种数字信号 处理算法。世界上第一片单片d s p 芯片是1 9 7 8 年a m i 公司生产的s 2 8 1 l 。自1 9 8 0 年以来，d s p 芯片得到了突飞猛进的发展，d s p 芯片的应用越来越广泛，运算速 度也越来越快，制造工艺越来越先进。 根据d s p 芯片工作的数据格式来进行分类，可以将d s p 芯片分为定点型和浮 点型两大类。数据以定点格式工作的d s p 芯片称为定点d s p 芯片；以浮点格式工 作的d s p 芯片称为浮点d s p 芯片。 目前世界上主要d s p 芯片生产商有美国德州仪器公司( t e x a si n s t r u m e n t s ， 简称t i ) 、摩托罗拉公司( m o t o r o l a ) 、美国模拟器件公司( a n a l o gd e v i c e s ， 简称a d ) 、朗讯公司等 市场占有量最大的d s p 芯片生产商当数t i 公司。t i 公司在1 9 8 2 年成功推 出其第一代d s p 芯片t m s 3 2 0 1 0 及其系列产品后，又相继推出了第二代d s p 芯片 t m s 3 2 0 2 0 、t m s 3 2 0 c 2 5 c 2 6 c 2 8 ，第三代d s p 芯片t m s 3 2 0 c 3 0 c 3 l c 3 2 ，第四代 d s p 芯片t m s 3 2 0 c 4 0 c 4 4 ，第五代d s p 芯片t m s 3 2 0 c 5 x c 5 4 x 。第二代d s p 芯片的 改进型t m s 3 2 0 c 2 x x ，集多片d s p 芯片于一体的高性能d s p 芯片t m s 3 2 0 c 8 x 以及 目前速度最快的第六代d s p 芯片t m s 3 2 0 c 6 2 x c 6 7 x 等。如今，t i 公司的一系列 d s p 产品已经成为当今世界上最具有影响的d s p 芯片。t i 公司已经成为世界一卜最 大的d s p 芯片供应商，其d s p 市场占有量占全世界份额的近5 0 。本文所设计的 稳压电源就是采用了t i 公司的t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 数字信号处理芯片。 2 2 , 2 3 , 2 8 j 1 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7d s p 芯片简介 在t m s 3 2 0 系列d s p 的基础上，t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7d s p 有以下一些特点： 采用高性能静态c m o s 技术，使得供电电压降为3 3 v ，减小了控制器的功耗； 3 0 m i p s 的执行速度使得指令周期缩短到3 3 n s ( 3 0 m h z ) ，从而提高了控制器的实 时控制能力 基于t m s 3 2 0 c 2 x x d s p 的c p u 核，保证了t l s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的代码核t m s 3 2 0 系列 山东大学硕士学位论文 d s p 代码兼容 片内有高达3 2 k 字的f l a s h 程序存储器，高达1 5 k 字的数据程序r a m ，5 4 4 字双口r a m ( d a r a m ) 和2 k 字的单口r a m ( s a r a m ) 两个事件管理器模块e v a 和e v b ，每个包括：两个1 6 位通用定时器；8 个 1 6 位的脉宽调制( p w m ) 通道。它们能够实现：三相反相器控制；p 州的对称和 非对称波形；可编程的p 删死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲；3 个捕 获单元；片内光电编码器接口电路；1 6 通道a d 转换器。事件管理器模块适用 于控制各种电机和逆变器。 可扩展的外部存储器总共1 9 2 k 字空间：6 4 k 字程序存储器空间；6 4 k 字数据 存储器空间；6 4 k 字i o 寻址空间。 看门狗定时器模块( w d t ) ，保证程序不会“跑飞”。 1 0 位a d 转换器最小转换时间为5 0 0 n s ，可选择由两个事件管理器来触发两 个8 通道输入a d 转换器或一个1 6 通道输入的a d 转换器。 控制器局域网络( c _ n ) 2 o b 模块 ， 串行通信接口( s c i ) 模块。 1 6 位的串行外设( s p i ) 接口模块。 基于锁相环的时钟发生器。 高达4 0 个可单独编程或复用的通用输入输出引脚( g p i o ) 。 5 个外部中断( 两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断) 。 电源管理包括3 种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式。 2 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的功能 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 可以方便有效地完成如下功能： ( 1 ) 信号处理：对输入和反馈信号的处理可以消除噪声污染或不精确的数 据，从而可以去掉昂贵或不可靠的传感器 ( 2 ) 控制规律的形成：d s p 能实时实现许多复杂的控制算法，提高系统性能。 标量和矢量控制用单个d s p 就能实现。本文所用到的控制算法都可以借助d s p 的速 度和性能得以实时实现。 ( 3 ) 功率调节和供给功率控制：在许多数字控制电动机系统中，功率供给信 号调节和功率因数调整是必不可少的这往往采用d s p 实现p v m 技术 3 7 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 诊断和保护：在实际控制系统中微处理器的最重要的任务之就是系统 运行的故障诊断和保护处理。d s p 能够实现实时监控的功能。 ( 5 ) 脉宽调制( p 嘲) ：用无刷直流电动机作为驱动机构的控制系统通常用p w m 技术控制开关功率逆变器，而p w m 产生和电流换相通常是通过d s p 装置实现的，用 p w m 技术可以去掉d 转换器，因而减小了器件的数目和功耗。先进的p w m 技术如 空间矢量p w m 要求执行指令时间在几个微秒内，这就必须用d s p 才能实现。这些方 法提高了供给电压的利用率，同时，降低了电动机电流中的谐波分量。 从以上的功能特点可以看出，以d s p 为核心的控制系统，在性能指标上明显 优于以传统的模拟电路或m c s 5 1 等单片机为核心的控制系统。进入9 0 年代后，d s p 的价格越来越低，在控制系统中的应用( 包括系统辨识、分析和设计等) 呈指数 增长，可以预言现代控制系统的开发将越来越多地使用功能强大的d s p 3 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 寻址方式和指令系统 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 指令集采用3 种基本的存储器寻址方式：立即寻址方式，直接寻 址方式和间接寻址方式。在立即寻址中，指令中所需要的常数作为指令的操作数 直接给出。 立即寻址包括短立即寻址和长立即寻址。在短立即寻址中，指令字包含一个 8 ，9 或1 3 的操作数。而长立即寻址采用1 6 位操作数。当需要访问数据存储器时， 用户可采用直接或间接寻址方式。直接寻址将指令字的7 位和数据存储器页指针 ( d p ) 9 位连接起来，形成1 6 位数据存储器地址。间接寻址通过8 个1 6 位辅助寄存器 访问数据存储器 至于t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的指令系统包括六大部分：累加器，算数和逻辑指令；辅 助寄存器和数据页指针指令；t r e g ，p r e g 和乘法指令；转移指令；控制指令；i o 和存储器操作指令另外它还包括一些汇编伪指令 4 3 2 逆变器及双向整流器控制方案的d s p 实现 控制系统硬件电路框图如图4 一1 5 所示此电路是以t i 公司的 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 芯片作为控制器的此芯片专为电机控制设计，因此含有许多与 脉宽调制有关的外设。它有三个独立的定时计数器，三个全比较单元和三个单比 较单元，分别对应1 2 路p w m 输出口。含有两个独立的十位八路a d 转换器， 次转换时间约为1 0 p m ，两路可同时工作。如下图中所示，电路中另外外扩了 3 9 山东大学硕士学位论文 1 2 8 m 的r a m ，其中“m 为程序存储器，另一半为数据存储器 1 冀 网a d i 一 a d c i n 2 掣 转i 一 | 皇鎏l 一换l a d c i n 0 ；采样li i o d s 基 j p s 善 ：1 鍪： 引 一j 图4 一1 5 控制系统硬件电路框图 将t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 用于本稳压电源，首先对系统的负载电压( u o 、输入电压 “) 、整流后的直流电压( u d ) ，回路电流( i ) 、逆变电流0 1 ) 、整流电流( i 2 ) 进行采样 然后由a d 转换模块对采样来的信号进行转换，转变为数字信号数字信号在 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 芯片内计算得到逆变和整流所需的正弦调制波的幅值和相位，然 后由外部正弦波数字合成电路生成调制正弦波，从而得到逆变和整流所需的正弦 调制波正弦调制波和三角波相比较，得到s p w m 脉冲下面将分别详细介绍 各组成部分 1 a i d 转换 1 ) a d 转换电路 本应用采用了m a x 公司的i 雌x 1 2 5 作为a d 器件姒x 1 2 5 是1 4 位的高速，4 通道 a d 器件，其单次转换时间为3l ls ；通过对m a x l 2 5 写控制字，可以使之工作于单 通道转换，也可以使之工作于多通道的连续转换，且其转换数据带缓冲，d s p 可 d o - d 1 5 钢峰 d s p a 0 a 7 爿c 咖p b 0 p b 3 图4 1 6 数据采集通道原理图 以很方便地读取1 0 t x l 2 5 较好地满足了精度要求，通过合理的控制电路设计，该 数据采集通道能较好的满足系统的实时性要求采集通道硬件框图如图4 - 1 6 所 3 9 |踱魁喘一掀善|触喘 一 s 二 一 r k l + 一 激 一撇 一弦数合电一 一蓥敞豁脯路一 山东大学硕士学位论文 不： 由于需要采集1 6 路模拟量，所以本应用中使用了4 片m a x l 2 5 ，对m a x l 2 5 的工 作的控制由c p l d 来完成，通过c p l d 将4 片m a x l 2 5 映射为t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的i 0 口地 址：0 x 0 1 0 h ，0 x 0 2 0 h ，0 x 0 3 0 h ，o x 0 4 0 h ot m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 无需了解m a x l 2 5 的具体工 作过程，只是在每隔固定的时间对这几个地址进行访问，c p l d 会控制相应的 m a x l 2 5 将转换结果数据发送到数据总线上来由于采用了4 片m a x l 2 5 v 作，这里 无法给出全部的电路，只给出单片m a x l 2 5 的工作电路，如图 1 7 所示： m d - 、 1a d a 0 2 4 n ， ，u 1 la d a l2 3x 獬：f ，l 1 7 a la d a 2 2 2 x ；玄；i ：j ； la d a 32 1x 嚣葛；：；： | a d a 42 0x ：；：浴 ia d a 51 9l 二：x ：= la d a 61 8 ：x ：；：篙 ia d a 7 1 5 x ；x ： ia d a 81 4 ：嵩。 la d a 9 1 3x 三m 。刖 隰赫濑d 1 0 a d a 1 1 a d a l 2 赫 l l lo 曼驶世 ll ol = ：； b r u u l 晤面- - 1 鼻d a j 乏j 生 d 1 3d v d d 叫一嚯adrd澍雾衙囊avdidadwr agndadcon a g n d a i ，e s 2 a v s s i 2 8l ：x i 2 7 i ：苫： l 2 9i 二0 3 ，i 诘吊 。 2 0l = v 1 图4 1 7a d 转换电路原理图 m a x l 2 5 的工作电压为+ s v ，因此，m a x1 2 5 的输出数据要经过电平转换后才能 放到t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的数据线上如果直接将m a x l 2 5 的输出加到t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的数 据输入引脚上，则有可能超过t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的管脚的耐压值( 3 6 v ) 。在这里， 使用t 7 4 l v c 2 4 5 作为电平转换器件，m a x l 2 5 的输出d o - d 1 3 接入7 4 l v e 2 4 5 后锁存并 进行电平转换后进 n t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的数据总线7 4 l v c 2 4 5 的工作电压为3 3 v ， 输出信号电平为3 3 v ，它可以耐受高达5 5 v 的输入信号在本应用中，使用了 两片7 4 l v c 2 4 5 作为电平转换单元，输入数据来自姒x 1 2 5 的1 4 位数据，多余的2 路 输入引脚接地，输出信号接入t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的d o - d 1 5 弓l 脚。两片7 4 l v e 2 4 5 控制信 号由c p l d 发出电路原理图如图4 - 1 8 所示： 、 山东大学硕士学位论文 瓢 m 0 ，1 3 1m d a b g i a d a t a o e1 9 g i 篮器巳墨 g 。a d 删l ； d i r b i d i r b im o - l s p 哑2 b 2m l j ib 2 - 阢l 一一l a i b 3m 2 l 矗 d i g2 a i 1 3 3 i 啦 4 a 2 b 4m 3 竖 - 瑚 3 2 1 3 4 i 舱 5 a 3 8 5m 盥 p 珏l q 生 a 3 b 5 l d r 4 一卫一 a 4 b 6m 5 1 3 p u 5 a 4 1 3 6 l 晰一l a 5 b 7m 1 2 l d t l 2 a j b 7 ld r 6 s a 6 b 8世l d 1 3 2 a 6 b s ld r 7 一一，一 a 7 l d 【1 4 墨一 a 7 a sl d t l 5 一_ 皇一 8 ， 7 4 l v c 2 4 5 7 4 l v c 2 4 5 图4 - 1 8a d 转换控制