基于TI DSP的數(shù)字化三相變頻電源的研制

　 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，正弦波輸出變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，與此同時對變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。在實驗室和工業(yè)部門，三相正弦波變頻電源常用于各種測量和控制電路中，產(chǎn)生單相或三相正弦波信號作為基準(zhǔn)信號，基準(zhǔn)正弦波的波形質(zhì)量直接影響到測量和控制的精度。對于一個良好的正弦信號源，要求其輸出的基準(zhǔn)正弦波信號幅值、頻率高度穩(wěn)定、失真度小、帶負載能力強、幅值可調(diào)，對于三相正弦波信號還要求三相對稱度好。兼顧這些要求往往使電路變得復(fù)雜。因此，研究開發(fā)既簡單又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領(lǐng)域的研究熱點之一。

　　1 工作原理

　　系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)由主回路、控制電路、采樣電路、反饋電路和各類保護電路等部分組成，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

　　1．1 主回路及工作原理

　　主回路中有三大部分組成：整流濾波電路、三相全橋逆變電路和三相無源濾波電路。整流濾波電路將單相交流電變成直流電，三相全橋逆變電路將直流電變成三相交流電，三相交流電經(jīng)過三相濾波電路后得到標(biāo)準(zhǔn)的三相正弦波電源，主回路原理圖如圖2所示。

　　1．2 控制回路工作原理

　　控制電路的調(diào)制波采用SPWM波，對正弦波輸出變頻電源進行SPWM調(diào)制，數(shù)字化控制，是以TMS320F2812數(shù)字信號處理器為主控芯片，實現(xiàn)電源的最佳控制?？刂苹芈吩韴D如圖3所示。

1．3 控制策略

　　電源利用TMS320F2812中的事件管理器，采用SPWM調(diào)制的方式，逆變器輸出信號經(jīng)三相無源濾波后得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波?？刂平Y(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

　　1．4 軟啟動功能及故障處理

　　電源系統(tǒng)設(shè)置了軟啟動功能、開路保護、短路保護、MOSFET過流保護、缺相保護和負載不對稱保護。

　　電源控制系統(tǒng)有三種工作模式：正常工作模式，啟動模式及保護模式。

　　當(dāng)電源開始工作或者在故障后啟動的時候，為了防止負載側(cè)電壓上升過快而導(dǎo)致電路故障，我們采用軟啟動的方法，這時，控制系統(tǒng)處于啟動模式下。軟啟動包括兩個部分。首先，在輸入側(cè)通過對輸入的三相電壓慢慢升壓的方式，我們可以保證逆變電路不會因母線電壓直接加上去而導(dǎo)致故障的發(fā)生。另外，在逆變電路的控制過程中，我們需要采用閉環(huán)控制方法，通過采樣記錄分析的數(shù)據(jù)調(diào)整驅(qū)動信號頻率，當(dāng)負載側(cè)電壓上升到一定值的時候，我們再將電路轉(zhuǎn)入正常工作的模式之下，所以在軟啟動條件下，負載側(cè)不會因瞬間出現(xiàn)的高電壓而發(fā)生故障。

　　在電源運行的過程中，由于短路故障，工作電流將急劇升高，若不采取措施，將會使電路中許多元器件被過電流破壞。過電流發(fā)生時，電路中的過流保護裝置會動作，這時，控制電路的驅(qū)動信號將被閉鎖，驅(qū)動信號停發(fā)，電路由正常工作模式轉(zhuǎn)入保護控制模式。保護模式下，控制系統(tǒng)會在閉鎖驅(qū)動信號后，經(jīng)過一定的時間，自動地進行重啟動，如果再發(fā)生過電流，電源將停止工作。

　　2 軟件設(shè)計

　　2．1 軟件總體設(shè)計

　　軟件部分主要包括SPWM的產(chǎn)生，A／D轉(zhuǎn)換，PID調(diào)節(jié)，頻率捕獲，軟啟動和保護。主要功能是通過正弦脈寬調(diào)制技術(shù)控制三相橋式逆變器，使其輸出頻率可調(diào)、幅值穩(wěn)定的三相正弦電壓，通過A／D轉(zhuǎn)換對輸出的電壓和電流進行采樣，對輸出電壓、電流實時監(jiān)控，當(dāng)電流超過3．6A時切斷三相逆變橋的輸出，對電路進行保護。通過PID調(diào)節(jié)使輸出電壓變化時也能及時的做出反應(yīng)，使輸出電壓穩(wěn)定在36V。在系統(tǒng)的啟動過程中使用軟啟動減少電壓和電流對系統(tǒng)回路的沖擊。

主程序流程圖如圖5所示。