基于DSP数字变频电源的解剖.doc

电科1011 2012511006 刘玉泉基于DSP数字变频电源的解剖一 基于DSP数字变频电源的原理分析1.1三相桥式全控整流电路工作原理 图1三相桥式全控整流电路习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。且通常晶闸管按从1到6的顺序导通.图2 电压型单相全桥逆变电路的等效电路1.2逆变器方波输出工作原理图2是电压型单相全桥逆变电路的等效电路，其中全控型开关器件Q1、Q7同时通、断；Q3、Q5同时通、断。Q1（Q7）与Q3（Q5）的驱动信号互补，即Q1、Q7有驱动信号时，Q3、Q5无驱动信号，反之亦然。如果在期间，Q1、Q7有门极驱动信号，Q3、Q5截止，=+E。在期间，Q3、Q5有门极驱动信号，Q1、Q7截止，=-E。因此输出电压是180宽的方波电压，幅值为E。1.3双极性SPWM调制原理图3双极性SPWM调制原理调制参考波为幅值为的正弦波，其频率就是输出电压基波频率。高频载波为双极性三角波，幅值为，频率为。无论在的正半周还是负半周，当瞬时值时， Q1、Q7导通， Q3、Q5截止，于是逆变器输出电压；当瞬时值时， Q1、Q7截止，而Q3、Q5导通，于是逆变器输出电压。二 基于DSP数字变频电源的原理图见附录1三 基于DSP数字变频电源的控制框图图5数字变频电源的控制框图四 基于DSP数字变频电源的模块分析4.1主电路接入380V，频率三相为50Hz的交流电，经过三相桥式整流变为直流电，其大小按照式td(t)=1.35Ucosa 1.4U。其中U为线电压，a为触发角。因为采用的是自然换相，故a=0即整流后的直流电压平均值为=540V，考虑到输入三相电有10%的波动，所以Uo=500V560V。图中F1为保险丝，R1为限流电阻，防止冲击电流对IGBT的损害；JS11S为电子式时间继电器（图中用线圈代替），其作用是减小电容充电电流；L1，L3为共模滤波器；HL1，HL3为电流霍尔，其作用为检测主电路的电流值，将电流反馈到PI调节器上进行比较保护；U1为电压霍尔，作用类似电流霍尔，只是反馈的是电压值而已。直流电压经L1滤波后，采用SPWM技术控制的四个IGBT进行逆变，输出的交流电经过变压器变压后，采用LC滤波器进行滤波，输出30250V，频率可变的交流电。4.2驱动电路图6 驱动电路IGBT的驱动信号是由驱动电路发出的，其电路图为上图，现就四个驱动电路中的一个做介绍，其他的三个类似，只是编号不同而已。M57962L中的13脚分别接DSP芯片中的PWM1（另外的三个分别接PWM2，PWM3，PWM4），即DSP中的第56号引脚，14号接地。1，6号引脚分别接驱动电源。并且M57962L采用的是低电压驱动即14，13号引脚接光耦二极管，14号因为接低电平，只有13脚输入负电位才能驱动M57962L，这样做的优点在于防止出现干扰，当出现干扰波形时，采用低电平驱动的M57962L不能驱动。采用负电平驱动时G1，E1两端电压为输入电压（24V），与稳压管Z2（9.1V）之差即等于15V，当出现正电压时 ，不能驱动M57962L，所以两端电压为稳压管Z2电压-9V。4.3检测电路4.3.1电压检测图7电压霍尔电压检测采用电压霍尔，电压霍尔是并联在主电路中的，用来检测电压其原理图为图7，其原副边电流之比为1：2.5，输出电压检测220V对应4.4V，当原边采用10K电阻时P=U*U/R=220*220/10000=4.84W一般的功率电阻的功率值最大在3W。故10K电阻过小，取20K得Io=220/2000=11mA，P=U*U/R=220*220/2000=2.4KW符合要求，副边电流为I1=11*2.5=27.5mA 由欧姆定律得R=U/I=4.4V/27.5mA2K 故副边电阻取2K电阻.4.3.2电流检测图8电流霍尔电流检测采用电流霍尔，电流霍尔是串联在主电路中的,用来检测电流,其原理图为图58。因为主电路的电流大约在60A,由原副比为1000:1，得副边电流大约为60mA, 故电阻R1=U/I=12/0.06=200欧姆。故功率电阻为200/3W电阻。4.4电源电路 图9产生3.3V电源电路DSP系统采用LDO芯片TPS7333。此芯片是TI公司专门为3.3V低压系统设计，它是固定输出3.3V，且有上电产生DSP系统复位所需信号。此外它输出电流可达几百毫安，输出功率完全能够满足系统所需。具体电路如图9所示。图10 H7805AE应用电路其中+5V的电压是有H7805AE三端稳压IC产生，它的正向输出电压+5V，电压误差范围（“A”表示正负误差3%），即4.505.005.15V。电路图如10所示。4.5 DSP芯片采用高性能静态氧化物半导体技术，使得供电电压降为3.3V，减少了功耗；基于TMS320C2xxDSP的CPU核，保证与TMS320系列DSP代码兼容。1. DSP内核CPU中具有32位CALU、32位ACC、16*16位并行乘法器可产生32位乘积、8个辅助寄存器ARX，CPU时钟高达20MHZ，指令周期为20MIPS。2. 内部存储器为544*16位片内RAM、16K*16位片内Flash Memory、224K*16位最大寻址范围；程序控制为四级流水线操作、八级硬件堆栈和3个XINT、PDPINT、RESET、NMI等六个外部中断。3. 事件管理器的能力为：3个通用16位硬件定时器，具有六种工作模式；12路比较/PWM通道，包括三相六路SPWM口，可实现空间矢量控制；3个带死区功能的全比较单元，死区时间可编程；3个单比较单元；4个捕捉单元/正交解码脉冲单元（CAP/QEP单元）。4. 外围功能模块为：两路8通道A/D转换器、基于PLL的时钟单元、Watchdog 单元、SCI和SPI通讯接口、28个可编程多路复用I/O口；可扩展的外部存储器总共192K字空间；64K字程序存储器空间；64K字数据存储器空间；64K字I/O