基于dsp控制的三相逆变电源设计

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1、万方数据基于DSP控制的三相逆变电源设计易柳1，黄辉先1，苏浩2(1．湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭411105；2．北京理工大学宇航科学技术学院，北京100081)摘要：提出了由鬻r流模块，逆变模块和控制模块t部分组成的逆变电源系统。采用数字信号处理器(DSP)对电源系统进行全数字控制，透过改变PWM波形的脉冲宽度和凋制周期可以达到调压和变频的且的。采用功率MOSFET和IGBT专用马f《动芯片IR2136驱动i相桥式逆变电路，取代r传统的模拟驱动电路和模块化桥臂电路设计，降低了开发成本，并融合了多元化的保护功能使逆变电源系统的驱动电路变得

2、简单可靠。关键词：i相逆变；脉宽调制；逆变器驱动；逆变电源中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1009—9492f2009)09—0079-041引言许多行业的用电设备不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源。而是通过各种形式对其进行变换．从而得到各自所需的电能形式。其幅值、频辛；稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，例如通信电源、不间断电源、医用电源等都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术。将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小

3、变压器体积和提高供电质量的目的了⋯。工控行业中，应用广泛的交流伺服电机的驱动单元使用的是频率百n周的三相交流电，而电网提供的交流电是不变的，为了得到幅值和频率可调的三相交流电．需要进行交一直一交变换。三相逆变技术广泛应用于交流传动、无功补偿等领域。在三相PWM交流伺服系统中，一般采用三个桥臂的结构，即逆变桥主电路有6个功率开关器件(功率MOS．FET或IGBT)构成，若每个开关器件都用一个单独的驱动电路驱动。则需6个驱动电路，至少要配备4个相互独立的直流电源为其供电．使得系统硬件结构复杂，可靠性下降[2】，且调试困难，设计成本偏高。本文采用了

4、国际整流器公司(IR)的专用驱动芯片IR2136来驱动IGBT桥臂．使整个驱动电路变得简单可靠，降低了开发成本．并且融合了多元化的保护功能，通过电流采样实现了电源的过流和短路保护。具有良好的实用性。2系统描述该系统由三部分组成：控制模块、整流模块和逆变模收稿日期：2008—09—1l块。控制模块采用数字信号处理器(DSP)通过软件编程产生PWM波形对电源系统进行全数字控制；整流模块采用不可控单相桥式整流电路经电容滤波后提供直流电源．供后级的逆变电路使用。逆变模块是由IGBT器件及其驱动电路构成了三桥臂结构的逆变主电路．通过DSP输出的PWM波

5、形调制实现对直流电的三相逆变。图l为结构框图，其中输入源为取自民用电网的单相交流220V电，隔离变压器的作用是为了防止逆变电源发生故障而影响到电网。三相负载可以为阻性负载或感性负载。图l系统结构框图2．1控制模块设计传统的逆变技术多为模拟控制或模拟与数字相结合的控制系统，其缺点为：①控制电路的元器件比较多．体积庞大，结构复杂；(爹灵活性不够，硬件电路一旦设计完成，控制策略就不能改变；(函由于元器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点漂移。会导致系统万方数据参数的漂移，从而给调试带来不便。因此，传统的逆变电源在许多场合已不适应新的要

6、求。随着数字信号处理器(DSP)的问世。数字电源便出现了[31。该电源的控制模块由DSP系统组成。包括了显示和按键部分。CPU采用1rI公司的TM$320LF2407，它具有高速度信号处理和数字化控制功能所必须的结构特点，可以为各种类型电机提供高速和全变速的先进控制技术。另外，'131$2000系列的DSP具有8个16位的脉宽调制(PWM)通道，能够实现：①三相反相器控制；②PWM的对称和非对称波形输出。且当外部引脚PDPINTx出现低电平时能够快速关闭PWM通道；③可编程的PWM死区控制以防止上下两桥臂同时输入触发脉冲[41。如图2所示．显

7、示部分用M74HC2“芯片和i八译码器驱动6个LED：M74HC244用来控制LED的段码；74HCl38用来控制6个LED的位码。可以显示出电源的1：作状态和参数。图2DSP系统的显示模块按键部分是由8个按键通过上拉电阻分别接到TMS320LF2407的I／O管脚上，包括复位键和参数设定键，如图3所示。通过软件编程。可以利用状态键盘的方式来实现对电源的各种控制操作。2．2整流模块设计整流模块是采用不可控单相桥式整流电路经电容滤波后提供直流电源，供后级的逆变电路使用。该设计结合实际应用的经验．在传统的整流滤波电路中加入了一个启动继电器及其驱动

8、电路，如图4所示．作用是为了防止电流在瞬间升高，造成电路器件损坏。在电路中串连一个限流电阻，先对电容小电流充电，当充电到一定程度时，使三极管导通，从而使继电器闭合，