基于DSP的超磁致伸縮換能器驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)
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2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
硬件系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成。
2．1 逆變主電路
逆變主電路包括直流供電模塊、高頻逆變電路和匹配濾波電路。
高頻逆變電路的直流供電采用大電流開關(guān)電源芯片L296構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，其最大輸出電流4 A，功率為160 W。逆變主電路采用如圖2所示的半橋式結(jié)構(gòu)。其中功率場(chǎng)效應(yīng)管選用IRF820A，其工作額定電壓500 V，額定電流2．5 A，且其上升(下降)時(shí)間都在10～20 ns之間，可快速開關(guān)。同時(shí)，上橋臂功率管VT1必須采用懸浮驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行柵極的驅(qū)動(dòng)，在此采用光電隔離及獨(dú)立電源供電來實(shí)現(xiàn)懸浮驅(qū)動(dòng)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/148482.htm
匹配濾波電路的主要作用是濾波、調(diào)諧和阻抗匹配。圖中L1、C3構(gòu)成LC低通濾波器，用以濾除逆變輸出SPWM波中的高次諧波分量，而高頻變壓器具有電氣隔離和調(diào)整電壓比的作用。超磁致伸縮換能器工作時(shí)，主要是由繞制在超磁致伸縮棒周圍線圈上的交變電流驅(qū)動(dòng)，在交變電磁場(chǎng)的影響下，超磁致伸縮棒沿軸線方向做伸縮運(yùn)動(dòng)，示意圖如下所示。對(duì)換能器作等效電路分析，超磁致伸縮棒的作用相當(dāng)于在電路中又并聯(lián)了一個(gè)電感，故換能器整體呈感性阻抗，故在電路中串聯(lián)一個(gè)可調(diào)的匹配電容C4，此時(shí)匹配電容C4與交流線圈電感L應(yīng)滿足串聯(lián)諧振關(guān)系：
，其中f為換能器的諧振頻率。
2．2 控制電路
控制電路包括DSP信號(hào)產(chǎn)生電路、隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和反饋電路。
DSP信號(hào)電路產(chǎn)生用于控制逆變器的SPWM信號(hào)，同時(shí)完成頻率跟蹤和過流保護(hù)功能，DSP芯片TMS320F2812為其核心部件。TMS320F2812是32位的高性能微處理器，同時(shí)具有豐富的片內(nèi)外設(shè)資源。關(guān)鍵是其眾多外設(shè)中的事件管理器模塊可方便的產(chǎn)生所需的SPWM波形。每個(gè)事件管理器中有PWM波形產(chǎn)生器和可編程死區(qū)產(chǎn)生器，最多可以同時(shí)產(chǎn)生八路PWM輸出波形，并同時(shí)提供亓丁屏蔽的外部供電和驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷。這提高了系統(tǒng)的集成度與可靠性，且有利于系統(tǒng)性能和狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。同時(shí)16個(gè)信道12位ADC可方便對(duì)反饋的電流信號(hào)進(jìn)行采樣，以完成頻率跟蹤和過流保護(hù)功能。
隔離電路對(duì)信號(hào)電路與功率電路進(jìn)行電氣隔離，采用的是單通道的高速光耦6N137，其中6N137的電源管腳旁0．1 μF的去耦電容應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容，在此選鉭電容，并盡量靠近6N137的管腳。驅(qū)動(dòng)電路采用一款高速的單通道功率場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片EL7104，其開關(guān)過程中的上升(下降)時(shí)間為10 ns，上升(下降)延遲時(shí)間為18 ns，完全可以工作在幾十至幾百千赫茲的開關(guān)頻率下。隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)汁如下圖4所示。
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評(píng)論