小功率智能化中頻逆變電源的研制

摘要：研制一種基于TMS320LF2407A數(shù)字信號(hào)處理器和PS21964智能功率模塊(IPM)的智能化SPWM中頻逆變電源控制系統(tǒng)。對(duì)中頻逆變電源的功率主電路、控制電路以及保護(hù)電路等進(jìn)行了詳細(xì)闡述。實(shí)現(xiàn)了中頻逆變電源小型化和高性能的技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞：中頻逆變電源；DSP；SPWM；IPM

0 概述
在武器裝備電氣系統(tǒng)中，400Hz中頻逆變電源是其廣泛使用的電源之一。在對(duì)其綜合電氣系統(tǒng)中的各電氣設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試與故障診斷時(shí)，需要400Hz中頻逆變電源為其提供真實(shí)的模擬工作環(huán)境，以完成信號(hào)的采集與處理，從而判斷出系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對(duì)所發(fā)生的故障進(jìn)行精確定位?，F(xiàn)有的400Hz中頻逆變電源因其體積較大，不能滿足測(cè)試設(shè)備小型化的要求，因此，我們研制了一種小功率智能化中頻逆變電源，將其放在測(cè)試設(shè)備內(nèi)部，減小了測(cè)試設(shè)備的體積，提高了測(cè)試設(shè)備的可靠性。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
圖1為中頻逆變電源硬件原理圖。

1．1 整流濾波電路
整流濾波電路是將220V、50Hz交流電通過全橋整流與電容濾波后得到311V直流電供給逆變電路中的IPM模塊，為其提供直流母線電壓。整流橋選用KBL608全橋整流模塊，電容濾波器選用2只450V、470 μF的電解電容并聯(lián)。
1．2 逆變電路
逆變電路選用三菱公司的PS21964智能功率模塊。該模塊具有以下特點(diǎn)：1)逆變橋采用第5代平面型IGBT和CSTBT功率芯片，損耗更低；2)采用自舉電路結(jié)構(gòu)，可單電源驅(qū)動(dòng)；3)內(nèi)置專用HVIC，可直接由DSP驅(qū)動(dòng)；4)輸入接口電路采用高電平驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)了模塊自保護(hù)能力；5)具有短路和控制電源欠壓保護(hù)，6)體積小，只有38×24×3．5mm。
由于電源設(shè)計(jì)輸出為單相交流電，而PS21964模塊內(nèi)部為三相逆變橋，故在電源設(shè)計(jì)時(shí)，選用其中兩相(U、V)。PS21964模塊既可單電源驅(qū)動(dòng)，又可多電源驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)采用多電源驅(qū)動(dòng)方式。在電路中，R18為電流檢測(cè)電阻，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)；R12、C5為濾波電路；由于PS21964模塊的故障輸出端為漏極開路型，因此增加了R13上拉電阻。
1．3 中頻變壓器與中頻濾波電路
中頻變壓器采用R型400Hz鐵芯，銅制漆包線繞制，變比為1．05：1。由于系統(tǒng)中的載波頻率為12kHz，因此中頻濾波器的截止頻率選為2kHz，借助中頻變壓器的漏感，根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算可得濾波電容值為20μF，故選用耐壓值為600V的CBB電容。
圖2中頻逆變電源主電路

1．4 電壓反饋電路
電壓反饋電路是將輸出電壓調(diào)理后反饋給DSP的A／D轉(zhuǎn)換端以實(shí)現(xiàn)電壓平均值閉環(huán)反饋控制。
由于輸出電壓為115V、400Hz交流電，首先利用變壓器將輸出電壓將變?yōu)?～5V的電壓信號(hào)，經(jīng)全橋整流、電阻分壓后反饋到DSP的ADCIN 01腳。如圖3所示。

1．5 DSP控制電路
TMS 3 2 O L F 2 4 O 7 A D S P控制電路主要由TMS320LF2407A芯片子系統(tǒng)和供電電路組成。TMS320LF2407A芯片子系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘、復(fù)位、外部存儲(chǔ)、JTAG仿真接口等電路，其設(shè)計(jì)時(shí)可參考產(chǎn)品手冊(cè)推薦電路進(jìn)行選擇。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用EVA事件管理器模塊的PWM1～PWM4輸出4路PWM波信號(hào)。