基于TMS320F2812的高頻鏈逆變器控制系統(tǒng)

摘要：采用全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)此逆變系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。該逆變器以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片為控制核心，詳細(xì)介紹了DSP外圍調(diào)理電路的硬件設(shè)計(jì)方案及軟件實(shí)現(xiàn)方式，在采用電壓瞬時(shí)值反饋的單閉環(huán)控制方式的基礎(chǔ)上使逆變器實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流通。整個(gè)電路的控制由一片TMS320F2812芯片完成，實(shí)現(xiàn)了電源的全數(shù)字化控制。最后制作了容量為250 VA的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該逆變器及其控制方式的可行性和有效性。
關(guān)鍵詞：逆變電源；高頻鏈逆變器；TMS320F2812；SPWM

0 引言
隨著逆變技術(shù)的不斷發(fā)展，高頻鏈逆變器在航空、電信、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。與傳統(tǒng)的逆變技術(shù)相比，高頻鏈逆變技術(shù)應(yīng)用高頻變壓器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工頻變壓器，有體積小，重量輕，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用前景廣泛。高性能數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片的出現(xiàn)和控制理論的普遍發(fā)展，使得逆變電源朝著全數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。本文以TMS320F2812高性能DSP控制器為核心，設(shè)計(jì)了高頻鏈逆變器的控制系統(tǒng)及部分硬件電路，該逆變電源的主電路采用全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇電壓瞬時(shí)值反饋的單閉環(huán)控制方案，可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流通。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該控制策略的可行性及有效性。

1 高頻鏈逆變電源的拓?fù)浜驮?br /> 全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，它由高頻逆變器、高頻變壓器和周波變換器3部分組成。工作時(shí)，按能量傳遞方向來(lái)看，該逆變器工作在兩個(gè)不同狀態(tài)。當(dāng)輸入電源向負(fù)載傳遞功率時(shí)，高頻鏈逆變器將直流電壓能源變換為脈動(dòng)的電流能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能式高頻變壓器中，周波變換器將該高頻脈動(dòng)電流低頻解調(diào)，經(jīng)濾波后得到低頻交流電，供電給負(fù)載。負(fù)載向輸入電源回饋能量時(shí)，高頻逆變器工作在整流狀態(tài)，周波變換器工作在調(diào)制狀態(tài)。

全橋雙向電流源高頻鏈逆變器是以反激式(Flyback)功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。按照輸出電壓uo和輸出電流io的極性劃分，該逆變器具有4種工作模式A，B，C，D，每一種工作模式的結(jié)構(gòu)拓?fù)涠枷喈?dāng)于一個(gè)Flyback功率變換器，而且對(duì)于不同的負(fù)載，逆變器的工作模式順序不同。
當(dāng)uo>0，io>0時(shí)，逆變器工作在模式A，VM1和VM4高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM1，VM4，VM5，VD6，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，電源Ui向負(fù)載Z傳輸能量。
當(dāng)uo0，io>0時(shí)，逆變器工作在模式B，VM5高頻斬波，VM6常通。Li，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，負(fù)載Z向電源Ui回饋能量。
當(dāng)uo0，io0時(shí)，逆變器工作在模式C，VM2和VM3高頻斬波，VM6常通。Ui，L1，L2，VM2，VM3，VM6，VD5，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，電源Ui向負(fù)載Z傳輸能量。
當(dāng)uo>0，io0時(shí)，逆變器工作在模式D，VM6高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構(gòu)成一個(gè)Flyback變換器，負(fù)載Z向電源Ui回饋能量。
當(dāng)逆變器帶感性負(fù)載時(shí)，輸出電流的基波分量io落后于輸出電壓uo，其控制原理波形如圖2所示。從圖中可以清晰地看到，控制原理波形與上述4種工作模式是一一對(duì)應(yīng)的。逆變器工作順序?yàn)锳→B→C→D。