精密交流電源中的數(shù)字控制

摘要：介紹了一個(gè)包含Intel 16位單片機(jī)的雙CPU高分辨率交流電源控制系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述了其中采用的正弦信號(hào)數(shù)字合成技術(shù)及母線(xiàn)跟隨和分級(jí)控制方法。試驗(yàn)表明電源輸出正弦波形的各項(xiàng)性能指標(biāo)均有很高精度，能很好地滿(mǎn)足檢驗(yàn)精度的要求。

關(guān)鍵詞：程控電源；高分辨率；數(shù)字合成；雙CPU

Digital Control in High Resolution AC Power Supply

XU Yan-wen, LUB Zheng-yu, WANG You-sheng

Abstract:A high resolution AC power supply system controlled by dual-CPU(Intel 16)is presented.The digital synthesis, frequency conversion and phase shift of digital waveform is discussed in detail. The experiments show that the sinuous output has excellent precision and meet the needs of verification.

Keywords:Programmable power supply; High resolution; Digital synthesis; Dual-CPU

1 引言

電力系統(tǒng)中廣泛使用的各類(lèi)變送器和控制繼電器，需要定期用更高等級(jí)的交流測(cè)試電源對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。目前校驗(yàn)用電源種類(lèi)繁多，但大多采用線(xiàn)性電源，其體積大、效率低。而開(kāi)關(guān)電源克服了傳統(tǒng)線(xiàn)性電源的這些缺點(diǎn)，使其在各類(lèi)精密儀表、儀器中的應(yīng)用前景看好。

國(guó)內(nèi)外高性能開(kāi)關(guān)電源多采用半數(shù)字化智能控制，由單片機(jī)產(chǎn)生瞬時(shí)電壓（電流）反饋控制逆變器的基準(zhǔn)正弦波信號(hào)，模擬電路實(shí)現(xiàn)主功率電路的閉環(huán)控制。正弦信號(hào)產(chǎn)生有多種方法，其中直接數(shù)字頻率合成（DDS）因頻率切換速度快、分辨率高、易于調(diào)節(jié)而得到廣泛應(yīng)用。但是要實(shí)現(xiàn)高分辨率的頻率、相位、幅值調(diào)節(jié)必須提高CPU時(shí)鐘和增大存儲(chǔ)空間。本文將介紹以雙CPU為核心的控制系統(tǒng)，采用虛擬空間法和雙級(jí)D/A（數(shù)模轉(zhuǎn)換）輸出結(jié)構(gòu)，在有限的存儲(chǔ)空間和時(shí)鐘頻率下，產(chǎn)生高精度的多路可變頻、移相和調(diào)幅的參考波形。同時(shí)改善了傳統(tǒng)的直流母線(xiàn)參考電壓不變的控制方法，通過(guò)母線(xiàn)跟隨、分級(jí)控制，能夠使輸出級(jí)產(chǎn)生精度很高的三相電壓或電流波形。本系統(tǒng)既可獨(dú)立地作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源使用，也可應(yīng)用于各類(lèi)變送器的測(cè)試、校驗(yàn)工作。

2 工作原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與基本工作原理描述

本交流電源主電路由整流、濾波、DC/DC變換、DC/AC變換等環(huán)節(jié)構(gòu)成。簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理為：DC/DC級(jí)產(chǎn)生可控的直流母線(xiàn)電壓，為DC/AC級(jí)提供直流電壓；DC/AC級(jí)經(jīng)橋式電路以SPWM方式實(shí)現(xiàn)逆變，經(jīng)LC濾波輸出正弦電壓（或電流）。它采用雙環(huán)控制，由單片機(jī)產(chǎn)生的高精度AC電源基準(zhǔn)信號(hào)，與反饋電壓比較，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電壓誤差信號(hào)，作為內(nèi)電流環(huán)的給定信號(hào)。再與濾波電感 的 電 流 信 號(hào) 比 較 產(chǎn) 生 電 流 誤 差 信 號(hào) ， 最 后 與 三 角 波 合 成SPWM波 。 同 時(shí) ， 根 據(jù) DC/AC級(jí) 輸 出 幅 度 ， 由 單 片 機(jī) 為 DC/DC級(jí) 提 供 參 考 信 號(hào) 的 協(xié) 調(diào) 控 制 ， 使 DC/AC級(jí) 在 小 幅 度 輸 出 時(shí) 能 有 較 大 的 調(diào) 制 比 ， 以 抑 制 輸 出 級(jí) 的 開(kāi) 關(guān) 紋 波 。 為 充 分 利 用 電 壓 傳 感 器 的 精 度 ， 通 過(guò) 不 同 量 程 間 自 動(dòng) 切 換 傳 感 器 的 采 樣 電 阻 ， 保 證 了 電 源 在 整 個(gè) 量 程 內(nèi) 的 精 度 。

圖 1 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 框 圖

2.2 微機(jī)控制部分

以?xún)善?0C196KB為控制核心，進(jìn)行必要的外圍擴(kuò)展，簡(jiǎn)化系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 微 機(jī) 控 制 原 理 圖