基于DSP 的宽频逆变算法的研究与实现

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                    　　摘 要：以直接面积等效法为基础，通过对频率进行分段处理设计并实现了以DSP 为控制核心的宽频逆变实验系统。首先分析算法的原理，然后讨论基于DSP 的逆变软件流程，最后构建硬件系统并给出实验波形。实验结果表明该系统既满足控制精度要求又满足实时控制要求，验证了算法的可行性。
　　1 引言
　　逆变技术作为现代电子电力核心技术，集现代电子、信息和智能技术于一体。大部分的用电设备工作在工频，但在一些特殊场合，断路器、熔断器、热继电器、磁力启动器等保护性开关在线检测以及蓄电池、燃料电池内阻的在线测试等等，就需要一种能在一个较宽的频率范围变化的电能形式。本文介绍了一种在TMS320F2812 上实现的输出波形能在一个较宽的频率范围调节的逆变算法。
　　2 逆变技术研究
　　逆变控制技术经历了一个不断创新和完善的发展过程，逆变控制技术有许多种，如等脉宽PWM 调制、正弦波PWM（SPWM）调制以及空间矢量PWM（SVPWM）调制。SPWM法的基本思想是使输出脉冲宽度按照正弦规律变化，因此能有效的抑制输出电压中的低次谐波分量，得到近乎正弦的交流电压。SPWM 波形的产生有以下几种方法：自然采样法、规则采样法以及直接面积等效法等。其中直接面积等效法兼顾计算精度和速度，特别是随着具有强大运算能力的DSP 的出现，这种方法将被广泛应用。






　　3 宽频逆变算法的研究与实现
　　3.1 SPWM 产生的设计思想
　　利用 TMS320F2812 生成SPWM 波的基本设计思想是利用事件管理器中的3 个全比较单元、通用定时器、死区发生单元以及输出逻辑来生成单相4 路SPWM 波，经用4 个复用的I/O 引脚输出。TMS320F2812 的定时器有4 种工作方式，用如图2（a）所示的连续增减记数方式工作的时候，将会产生对称的PWM 波形输出。在这种记数方式下，计数器的值开始连续递增，当达到周期寄存器值时开始连续递减直到计数器值为0，计数器值为0 后又重新连续递增，如此循环反复。在递增和递减的过程中，当计数器的值和比较寄存器的值相等时，即产生比较匹配时，输出方波会发生电平翻转。通过不断改变比较寄存器中的值的大小，就会产生宽度不断改变的方波序列，当方波序列宽度按照正弦规律变化就产生了与图2(b)所示SPWM 波形。






　　DSP 的寄存器中方便计算。以制作一张1024 个点的余弦表，输出波形频率f 在50Hz～3KHz变化为例。逆变算法开关频率为1024 倍的输出波形频率，即开关频率fc 在50KHz～3MKHz变化。由于每一个开关周期即1/fc 的时间内都要进行一次逆变算法，对于主频为150MHzTMS320F2812 而言要求算法须在150/3=50 个指令周期内完成，同时低通滤波器设计时要求基波频率3KHz,谐波频率50KHz。进行较为复杂的运算50 个周期远远不够，如果增加指令周期数比如提高到500 个周期，低通滤波器设计时要求基波频率3KHz,谐波频率5KHz。，显然无法设计出满足要求的滤波器。为了解决上述问题，采取分段方式设置开关频率，如表 1 所示。






　　图3 程序流程图
　　4 硬件系统构建及实验结果
　　根据上述设计，使用TMS320F2812 控制芯片以及相应的全桥逆变电路，滤波电路，采样电路，驱动电路搭建了变频实验系统。其硬件结构如图4 所示。







　　图5 实验输出波形图
　　5 结论
　　研究表明 DSP 本身的PWM 模块极大的方便了控制系统的开发，同时DSP 的高速运算能力，能够支持更为复杂的算法使输出波形更佳。