基于TMS320F2812的超磁致伸縮換能器驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要用于產(chǎn)生控制波形SPWM信號(hào)，同時(shí)軟件實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)和頻率跟蹤。

3.1 過流保護(hù)和頻率跟蹤

系統(tǒng)的過流保護(hù)功能是通過DSP軟件控制實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)采樣換能器的工作電流大于規(guī)定的額定電流時(shí)，停止DSP事件管理器的SPWM信號(hào)輸出以達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的功能。頻率跟蹤可轉(zhuǎn)換為搜索工作電流的最大值，最終將換能器的工作點(diǎn)設(shè)定在電流最大處，原因是諧振狀態(tài)下?lián)Q能器阻抗最小，回路電流最大。如果換能器的諧振頻率發(fā)生偏移，電流將因系統(tǒng)失諧而減小，電流搜索程序流程圖如圖6所示。

3.2 SPWM波形的生成

SPWM波主要用于控制逆變橋各功率場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)SPWM波可改變逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。通過分析SPWM波原理，其波形生成算法采用具有較高精度且計(jì)算量適中的直接面積等效法，而其調(diào)制方法采用優(yōu)化的混合脈寬調(diào)制方式。混合脈寬調(diào)制方式是單極性脈寬調(diào)制方式的一種變形，是為了達(dá)到較理想的正弦輸出波形，同時(shí)又希望減小開關(guān)損耗，且工作方式基本對(duì)稱。與一般的單相單極性SPWM調(diào)制方式不同的是，它并不是固定其中一個(gè)橋臂為高頻臂，另一個(gè)橋臂為低頻臂，而是每半個(gè)調(diào)制波周期切換一次，即同一個(gè)橋臂在前半個(gè)周期工作在低頻，后半個(gè)周期工作在高頻。這種調(diào)制方式使每個(gè)橋臂輪流工作在高頻狀態(tài)下，使功率管工作得到均衡，增強(qiáng)了可靠性。針對(duì)半橋型逆變電路，其控制波形如圖7所示。

程序中，使用查表法生成所需的SPWM脈寬數(shù)據(jù)表，其根據(jù)不同的調(diào)制度和正弦調(diào)制信號(hào)的角頻率，離線計(jì)算出各開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，運(yùn)行時(shí)查表讀出需要的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。SPWM波輸出程序流程圖如圖8所示。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

試驗(yàn)中，首先測(cè)試DSP輸出的控制信號(hào)SPWM波形，如圖9(a)所示。示波器的兩個(gè)通道同時(shí)顯示了半橋型逆變器兩個(gè)開關(guān)管的控制信號(hào)，與設(shè)計(jì)波形一致。再次測(cè)量換能器兩端的工作電壓波形，如圖9(b)所示。在此設(shè)定的頻率為20 kHz，從示波器中可清楚看到為20 kHz的高頻正弦波，故其輸出波形的穩(wěn)定度高，失真度小。

在驅(qū)動(dòng)電源效率測(cè)試環(huán)節(jié)中，在電阻特性(匹配網(wǎng)絡(luò)后的換能器整體阻抗表現(xiàn)為純電阻)下，電源效率在75%以上，利用率較高，同時(shí)頻率跟蹤網(wǎng)絡(luò)始終使換能器工作在電流最大狀態(tài)。

5 結(jié)論

文中基于DSP芯片TMS320F2812設(shè)計(jì)了一種驅(qū)動(dòng)稀土超磁致伸縮換能器的逆變電源系統(tǒng)，其中結(jié)合混合脈寬調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)SPWM波形，并對(duì)逆變電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、濾波匹配電路和反饋電路等進(jìn)行了合理而有效的設(shè)計(jì)，保證了驅(qū)動(dòng)電源對(duì)超磁致伸縮換能器的驅(qū)動(dòng)效能，同時(shí)采用電流控制頻率的方法進(jìn)行諧振頻率的自動(dòng)跟蹤。實(shí)驗(yàn)證明，該驅(qū)動(dòng)電路輸出頻率穩(wěn)定，波形失真度低，且能量轉(zhuǎn)換效率較高，具有一定的工程應(yīng)用前景。