基于DSP的智能中頻電源設(shè)計（一）

1概述

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空技術(shù)水平相應(yīng)地得到提高，民用飛機在速度、高度、航程以及安全性提高的同時，對飛機電氣系統(tǒng)設(shè)備的可靠性、供電品質(zhì)等的要求也不斷提高。機載發(fā)電機控制器(簡稱GCU)是民用飛機的關(guān)鍵技術(shù)，是飛機上的重要部件，監(jiān)測飛機的主發(fā)電機和永磁發(fā)電機的輸出是否正常，并在發(fā)現(xiàn)故障時發(fā)出信號給調(diào)節(jié)部分以進(jìn)行調(diào)節(jié)保護(hù)，使飛機的主發(fā)電機和永磁發(fā)電機正常工作，其關(guān)系如圖l所示。因此，GCU工作的可靠性直接關(guān)系到飛機供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，關(guān)系到飛行安全，只有定期對其進(jìn)行檢測維護(hù)，做到故障的及時發(fā)現(xiàn)和及時處理，才能保證GCU正常工作。因此，必須對GCU在地面進(jìn)行各種電氣模擬測試試驗，為飛機各系統(tǒng)安全、準(zhǔn)確、高效率、高協(xié)調(diào)性的工作提供保障，所以對機載GCU的性能參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確快速的測試具有重要意義。

GCU的檢測除需要一些專用設(shè)備外，最重要的是需要高性能專門特制的電源來模擬飛機主發(fā)電機和永磁發(fā)電機在正?；蚬收蠣顟B(tài)下輸出的信號。電源性能好壞直接關(guān)系到檢測工作的質(zhì)量，目前國內(nèi)進(jìn)行GCU檢測用電源研究的單位比較少，而且所研究的電源針對某一機型，功能單一，精度低，自動化程度差。電源主要是模擬民用飛機主發(fā)電機和永磁發(fā)電機的輸出信號提供GCU檢測所需的電壓和頻率。本文主要針對模擬主發(fā)電機所發(fā)出的信號，設(shè)計了一款智能中頻電源。

2智能中頻電源的設(shè)計指標(biāo)

在對機載GCU進(jìn)行地面測試時，需要智能中頻電源模擬飛機主發(fā)電機供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的正常和非正常的供電狀況，包括過壓、欠壓、過頻、欠頻、電壓不對稱等情況。依據(jù)GCU手冊中所提到的過壓要求最高131.5V,欠壓要求最低96V,因此相電壓輸出范圍的技術(shù)指標(biāo)可定為80V一150V;依據(jù)手冊要求過頻要求最高433±3Hz,欠頻要求最低345±2Hz,因此頻率的技術(shù)指標(biāo)可定為330~460Hz±1Hz,依據(jù)手冊容量500VA足夠滿足測試要求?.

根據(jù)上述的相關(guān)依據(jù)和GCU測試過程的要求確定智能中頻電源設(shè)計指標(biāo)為：

輸出為三相四線制;相電壓80-150±1.5V;頻率330~460Hz±lHz;容量500VA;三相間可獨立調(diào)節(jié);波形失真度小于5%;RS485通訊接口，實現(xiàn)啟動、停機/復(fù)位和調(diào)壓、調(diào)頻功能;操作顯示：LCD面板顯示三相電壓、電流、頻率;保護(hù)功能：輸入過欠壓、輸出過壓、過載、短路、過熱。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總硬件設(shè)計

智能中頻電源在GCU測試系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，中頻電源性能優(yōu)良與否是GCU測試的關(guān)鍵因素之一。

系統(tǒng)的硬件電路可分為主電路、控制電路、輔助電路和總線接口。主電路包括輸入整流濾波電路、逆變電路、開關(guān)器件驅(qū)動電路、緩沖電路和輸出交流濾波電路。控制電路主要包括DSPTMS320LF2407(以下簡稱DSP2407)硬件開發(fā)平臺。DSP2407板上集中放置了DSP2407處理芯片和系統(tǒng)所要用的各個輸人輸出口和功能接口，例如A/D采樣口、SCI通信口、PWM信號輸出口等。輔助電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和保護(hù)電路，保護(hù)電路包括過壓保護(hù)和過流保護(hù)。接口與計算機相連使用通訊總線。系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

本設(shè)計采用交一直一交的逆變形式，先使用整流濾波器將交流電過濾成直流電，再通過逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成交流電并輸出。

3.1基于DSP的SPWM產(chǎn)生PWM(Pulse width modulation即脈寬調(diào)制)技術(shù)就是利用全控型電力電子器件(IGBT、GTO等)的導(dǎo)通和關(guān)斷把電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列L2J,實現(xiàn)變壓、變頻控制并且消除諧波的技術(shù)。SPWM技術(shù)就是希望輸出的電壓是正弦波形，其含義是通過調(diào)節(jié)脈沖寬度(脈沖占空比)來調(diào)節(jié)平均電壓。

SPWM的基本思想是：正弦波作為調(diào)制波，等腰三角波作為載波，當(dāng)三角波與正弦波曲線相交時，在交點時刻產(chǎn)生控制信號，用來控制功率開關(guān)器件的通斷，這樣可以得到一系列等幅而且脈沖寬度正比于對應(yīng)區(qū)間正弦波曲線的函數(shù)值矩形脈沖(見圖3)。