具有完善保護功能的DSP三相SPWM逆變電源設計

1系統(tǒng)介紹

根據(jù)結構不同，變頻電源可分為直接變頻電源與間接變頻電源兩大類。本文所研究的變頻電源采用間接逆變結構即交-直-交變換過程。首先通過單相全橋整流電路完成交-直變換，然后在DSP控制下把直流電源轉換成三相SPWM波形供給后級濾波電路，形成標準的正弦波。變頻系統(tǒng)控制器采用TI公司推出的業(yè)界首款浮點數(shù)字信號控制器TMS320F28335，它具有150MHz高速處理能力，具備32位浮點處理單元，單指令周期32位累加運算，可滿足應用對于更快代碼開發(fā)與集成高級控制器的浮點處理器性能的要求。與上一代領先的數(shù)字信號處理器相比，最新的F2833x浮點控制器不僅可將性能平均提升50%，還具有精度更高、簡化軟件開發(fā)、兼容定點C28xTM控制器軟件的特點。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2系統(tǒng)硬件設計

變頻電源的硬件電路主要包含6個模塊：整流電路模塊、IPM電路模塊、IPM隔離驅動模塊、輸出濾波模塊、電壓檢測模塊和TMS320F28335數(shù)字信號處理模塊。

2.1整流電路模塊

采用二極管不可控整流電路以提高網側電壓功率因數(shù)，整流所得直流電壓用大電容穩(wěn)壓為逆變器提供直流電壓，該電路由6只整流二極管和吸收負載感性無功的直流穩(wěn)壓電容組成。整流電路原理圖如圖2所示。

圖2 整流電路原理圖2.2電壓檢測模塊

電壓檢測是完成閉環(huán)控制的重要環(huán)節(jié)，為了精確的測量線電壓，通過TMS320F28335的SPI總線及GPIO口控制對輸入的線電壓進行衰減/放大的比例以滿足A/D模塊對輸入信號電平(0-3V)的要求。電壓檢測模塊采用256抽頭的數(shù)字電位器AD5290和高速運算放大器AD8202組成程控信號放大/衰減器，每個輸入通道的輸入特性為1MΩ輸入阻抗+30pF。電壓檢測模塊電路原理圖如圖3所示。

圖3 電壓檢測電路原理圖

3.系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)上電后按照選定的模式自舉加載程序，跳轉到主程序入口，進行相關變量、控制寄存器初始化設置和正弦表初始化等工作。接著使能需要的中斷，啟動定時器，然后循環(huán)進行故障檢測和保護，并等待中斷。主要包括三部分內容：定時器周期中斷子程序、A/D采樣子程序和數(shù)據(jù)處理算法。主程序流程圖如圖5所示。

圖4 主程序流程圖4實驗結果

4.1測量波形

在完成上述硬件設計的基礎上，本文采用特定的PWM控制策略，使逆變器拖動感應電機運行，并進行了短路、電機堵轉等實驗，證明采用逆變器性能穩(wěn)定，能可靠地實現(xiàn)過流和短路保護。圖6是電機在空載條件下，用數(shù)字示波器記錄的穩(wěn)態(tài)電壓波形。幅度為35V，頻率為60Hz。