基于DSP的智能中頻電源設計（一）

1概述

近年來，隨著科學技術的飛速發(fā)展，航空技術水平相應地得到提高，民用飛機在速度、高度、航程以及安全性提高的同時，對飛機電氣系統(tǒng)設備的可靠性、供電品質等的要求也不斷提高。機載發(fā)電機控制器(簡稱GCU)是民用飛機的關鍵技術，是飛機上的重要部件，監(jiān)測飛機的主發(fā)電機和永磁發(fā)電機的輸出是否正常，并在發(fā)現(xiàn)故障時發(fā)出信號給調節(jié)部分以進行調節(jié)保護，使飛機的主發(fā)電機和永磁發(fā)電機正常工作，其關系如圖l所示。因此，GCU工作的可靠性直接關系到飛機供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，關系到飛行安全，只有定期對其進行檢測維護，做到故障的及時發(fā)現(xiàn)和及時處理，才能保證GCU正常工作。因此，必須對GCU在地面進行各種電氣模擬測試試驗，為飛機各系統(tǒng)安全、準確、高效率、高協(xié)調性的工作提供保障，所以對機載GCU的性能參數(shù)進行準確快速的測試具有重要意義。

GCU的檢測除需要一些專用設備外，最重要的是需要高性能專門特制的電源來模擬飛機主發(fā)電機和永磁發(fā)電機在正?；蚬收蠣顟B(tài)下輸出的信號。電源性能好壞直接關系到檢測工作的質量，目前國內進行GCU檢測用電源研究的單位比較少，而且所研究的電源針對某一機型，功能單一，精度低，自動化程度差。電源主要是模擬民用飛機主發(fā)電機和永磁發(fā)電機的輸出信號提供GCU檢測所需的電壓和頻率。本文主要針對模擬主發(fā)電機所發(fā)出的信號，設計了一款智能中頻電源。

2智能中頻電源的設計指標

在對機載GCU進行地面測試時，需要智能中頻電源模擬飛機主發(fā)電機供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的正常和非正常的供電狀況，包括過壓、欠壓、過頻、欠頻、電壓不對稱等情況。依據(jù)GCU手冊中所提到的過壓要求最高131.5V,欠壓要求最低96V,因此相電壓輸出范圍的技術指標可定為80V一150V;依據(jù)手冊要求過頻要求最高433±3Hz,欠頻要求最低345±2Hz,因此頻率的技術指標可定為330~460Hz±1Hz,依據(jù)手冊容量500VA足夠滿足測試要求?.

根據(jù)上述的相關依據(jù)和GCU測試過程的要求確定智能中頻電源設計指標為：

輸出為三相四線制;相電壓80-150±1.5V;頻率330~460Hz±lHz;容量500VA;三相間可獨立調節(jié);波形失真度小于5%;RS485通訊接口，實現(xiàn)啟動、停機/復位和調壓、調頻功能;操作顯示：LCD面板顯示三相電壓、電流、頻率;保護功能：輸入過欠壓、輸出過壓、過載、短路、過熱。

3 系統(tǒng)結構的總硬件設計

智能中頻電源在GCU測試系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，中頻電源性能優(yōu)良與否是GCU測試的關鍵因素之一。

系統(tǒng)的硬件電路可分為主電路、控制電路、輔助電路和總線接口。主電路包括輸入整流濾波電路、逆變電路、開關器件驅動電路、緩沖電路和輸出交流濾波電路。控制電路主要包括DSPTMS320LF2407(以下簡稱DSP2407)硬件開發(fā)平臺。DSP2407板上集中放置了DSP2407處理芯片和系統(tǒng)所要用的各個輸人輸出口和功能接口，例如A/D采樣口、SCI通信口、PWM信號輸出口等。輔助電路包括模數(shù)轉換電路和保護電路，保護電路包括過壓保護和過流保護。接口與計算機相連使用通訊總線。系統(tǒng)基本硬件結構框圖如圖2所示。

本設計采用交一直一交的逆變形式，先使用整流濾波器將交流電過濾成直流電，再通過逆變電路將直流電轉換成交流電并輸出。

3.1基于DSP的SPWM產(chǎn)生PWM(Pulse width modulation即脈寬調制)技術就是利用全控型電力電子器件(IGBT、GTO等)的導通和關斷把電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列L2J,實現(xiàn)變壓、變頻控制并且消除諧波的技術。SPWM技術就是希望輸出的電壓是正弦波形，其含義是通過調節(jié)脈沖寬度(脈沖占空比)來調節(jié)平均電壓。

SPWM的基本思想是：正弦波作為調制波，等腰三角波作為載波，當三角波與正弦波曲線相交時，在交點時刻產(chǎn)生控制信號，用來控制功率開關器件的通斷，這樣可以得到一系列等幅而且脈沖寬度正比于對應區(qū)間正弦波曲線的函數(shù)值矩形脈沖(見圖3)。