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基于DSP的电源控制系统的软硬件开发

• 摘要：介绍了一种基于DSP的逆变电源控制系统，详细阐述了系统组成结构和软硬件设计。该系统采用TMS320F2812作为主控制器，最大程度的减少了硬件电路的搭建，实现了对逆变电源的数字控制。实验结果证明，该系统具有良好的稳压功能，既能满足一定控制精度要求，又能满足实时性要求，可以很好的控制115V/400Hz逆变电源的输出。
  关键词：DSP；TMS320F2812；SPWM；逆变电源

  1 引言

  随着现代电力电子技术的不断进步和信息技术的发展，逆变电源越来越广泛的应用于通讯、航海、航空、医疗、军事等诸多领域，同时用户对逆变电源的性能也电感器参数有了越来越高的要求。作为逆变电源的核心，逆变器的控制系统对提高电源性能起着极其关键的作用。逆变电源的控制器经历了从模拟控制器到数字控制器的发展, 数字控制器与模拟控制器相比较，具有控制精度高、参数调整方便、更改控制策略灵活等优点。尤其随着控制专用DSP的出现，使得逆变电源的控制技术朝着全数字化、智能化及网络化的方向发展。本文选用TI公司新推出的数字信号处理器TMS320F2812作为电源的主控制器，设计了一种结构简单、扩展方便的控制系统，实现了逆变电源的精准控制。

  2 系统组成

  本文所设计的电源是400Hz逆变中频电源，电源总体结构如图1所示，主电路采用交-直-交结构，包括整流器、直流滤波器、逆变器、变压器及交流滤波等组成部分。交－直部分将50 Hz交流市电经桥式整流、平波电抗器、电解电容滤波后变为平稳直流，桥式整流电路为半控结构。直－交逆变部分采用全桥结构，逆变器选用IGBT作为开关器件。利用IGBT开关频率较高的优点，采用正弦脉宽调制方式（SPWM）对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，输出SPWM波幅值恒定，宽度按正弦规律变化，逆变器输出的交流电经变压器及滤波电路滤波后，得到纯正的正弦波交流电。

  以TMS320F2812为核心的控制部分结构如图2所示。其中TMS320F2812最小系统中主要包括时钟电路、复位电路和外部存储器扩展电路。时钟电路采用外部时钟，选用一片30MHz晶振作为外部频率给定，外部时钟经过PLL倍频后，为系统提供时钟，系统可以通过锁相环控制寄存器来选择锁相环的工作模式和倍频的系数。复位电路的设计，为了操作的方便，主要使用的是系统复位引脚（RS）。当接触开关S按下时，使得该引脚产生一个低电平，就会产生相应的复位信号；当接触开关电感器生产厂家S未动作时，该引脚为高电平。外部存储器扩展电路主要采用的ISSI公司生产的高速SRAM芯片，型号为IS61LV25616AL，存储时间为10ns，容量为256K字节，16位，工作电压为3.3V，工作于零等待工作模式。

  
  图1 电源总体结构框图

  
  图2 DSP扩展系统框图

  3 硬件设计

  控制系统的硬件设计主要是围绕主控制器TMS320F2812进行的，TMS320F2812的外围电路主要有AD采样电路和SCI通信电路。

  3.1 A/D采样电路

  TMS320F2812的ADC模块是一个12位带流水线的模数转换器，共有16个通道。根据实际需要，本系统用到了9个AD转换通道ADCIN00～ADCIN08，需采样的信号分别是3个相电压、直流电压、3路线电流、直流电流、温度。每个A/D采样电路包括传感器、A/D调理电路和片内A/D转换器。交流电压采样电路如图3所示，输出的三相交流电压进行瞬时值检测，从变压器副边共模电感器送来的正弦波反馈信号经变压器采样，经过分压和偏置处理后，转换成0~3.3 V的信号送入DSP的A/D转换口。交流的瞬时值采样结果和被检测的信号之间存在同步问题，在本系统中采用TMS320F2812的捕获单元和不可屏蔽中断NMI（Non-Maskable Interrupt）来实现跟踪频率变化的交流瞬时值采样。

  
  图3 交流电压采样电路

  3.2 SCI电路

  TMS320F2812器件包括串行通信接口SCI模块，SCI模块是一个可编程的全双工串行通讯接口。SCI模块支持CPU与其使用标准格式的异步外设之间的数字通讯。SCI模块包括两个引脚：SCI发送数据引脚SCITXD、大电流电感SCI接收数据引脚SCIRXD。TMS320F2812的串行通讯接口电路如图4所示。

  

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