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基于DSP的电源控制系统的软硬件开发

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  图4 串行通讯接口电路

  4 软件设计

  4.1 控制策略

  本系统采用输出电压瞬时值和电感电流反馈的电流双环SPWM控制调制方案。其中，电压外环反馈采用模糊比例积分调节，电流内环的反馈信号为电感电流IL，采用模糊比例调节[3]。输出电压的瞬时信号U０经调理采样生成Uf后直接反馈，与参考正弦电压Uref比较后，经电压调节器综合，作为电流内环的给定信号Ig。给定信号Ig与电感电流反馈值If比较得到的误差ei送到电流调节器中，经过P调节生成信号Us，其作为调制波与三角载波进行交截产生SPWM开关信号，控制各桥臂IGBT管的导通与关断。

  4.2 软件实现

  
  图5 系统软件的总体结构流程图

  逆变桥的SPWM信号由TMS320F2812片内事件管理器EVA模压电感器模块实现，波形的控制和调节都需要在SPWM调节周期中完成，属于定时器管理事件。在进行电压调节器、电流调节器计算时还需要实时获得、处理采样值，这里主要利用片内A/D模块。另外，在和单片机进行通信时可以利用SCI模块实现，各类保护则是需要不断查询各个状态量，根据其具体数值采取相应的动作。电感生产厂家系统软件总的流程框图如图5多层片式电感器所示。

  本系统对软件的实时处理能力要求很高，绝大多数功能模块是在中断子程序中完成的。而且由于系统的功能模块繁多，所以各模块应根据系统的要求严格按照先后顺序执行，以保证各模块互不干扰，协调工作。用到的主要的中断有三个：INI2.6级中断为EVA模块的定时器1的下溢中断，对应的中断子程序是最重要的一个子程序，在该子程序中主要完成对逆变器的控制，一旦出错那么整个系统的输出就会发生畸变，因此其中断优先级最高；INT1.6级中断是ADC模块的中断，在该子程序中读取输出电压和输出电感电流的转换结果；INT9.1级中断是SCI-A模块的接收中断，在该中断子程序中主要接收经过A/D转换后的实时数据。

  5 实验结果

  通过搭建小容量的试验机，控制系统每个环节的设计都得到了近似工作现场的考验，经过在试验过程中不断的调整，软硬件设计都基本趋于完善。最终大容量30kVA的样机设定的各控制参数如下：输入电压220V/50Hz，输出电压115V/400Hz，载波频率为18kHz，输出功率为30kVA，输出滤波电容C = 300 F，输出滤波电感L = 70 H。图6、图7分别为阻性负载和感性负载时的电源输出电压波形，经过对输出电压的谐波分析，输出电压的THD值达到了要求的性能指标THD≤3％，结果证明了控制系统的可行性。

  

  图6 阻性负载时的电源输出电压波形

  

  图7 感性负载时的电源输出电压波形

  6 结束语

  本系统利用控制领域最先进电感器厂家的TMS320F2812型号的DSP作控制器，与以往单片机相比，TMS320F2812的集成外设功能更多、速度更快。而且，它的价格在近绕行电感器几年也有了大幅度的下降。因此，本文设计的逆变电源控制系统具有操作简单、无污染、噪声低、效率高、节约成本、易扩展等多种优点，具有很好的应用前景。

  本文作者创新点：针对用户对中频逆变电源的性能要求，采用控制领域最新的数字信号处理器TMS320F2812作为控制器，从软件和硬件两方面系统全面地介绍了设计逆变电源控制系统的方法。该系统的硬件电路非常简单，实现了对逆变电源的全数字控制，使逆变电源的模块化成为可能，同时也为电源的大容量扩展打下了很好的基础。

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