工程師分享:基于DSP實現(xiàn)的一種開關逆變電源
整個工作過程可分為4個階段,下面分別說明。
第一階段 Q1、Q4導通
當Q1、Q4(有相位差)導通,并讓Q5提前導通,直流側(cè)的能量便可傳輸?shù)捷敵龆?。此時諧振電感儲能,Q5軟開通,減少了開關損耗。如圖2中ug5所示。
第二階段 諧振
由于電路隔直電容和諧振電感(包括變壓器中漏感)諧振,電感在第一階段所保存的能量得以釋放。當諧振電流到零時,關斷Q1。此階段Q2、Q4導通,Q5延遲一段時間再關斷。如圖2中ug5所示。
第三階段 Q2,Q3導通
在此階段,使Q6在Q2,Q3導通前提前導通。當Q2,Q3(Q1,Q2之間有死區(qū))導通時,直流側(cè)的能量便可傳遞到輸出端,此時Q6為軟開通。如圖2中ug6所示。
第四階段 諧振
工作原理同第二階段類似,此時電流方向與第二階段相反,當電感上的能量釋放完畢,關斷Q6。此時一個周期便結束,開始下一個周期。從圖1可以看出,無論變壓器副邊電壓極性如何,若Q5導通、Q6關斷,則輸出端OUT1為正,OUT2為負;若Q6導通,而Q5關斷,則 OUT2為正,而OUT1為負。所以,控制Q5,Q6的導通順序,即可控制輸出端的極性,并可獲得多種波形,例如交流、脈沖等波形均可實現(xiàn)。如要輸出正弦波的正半周時,PULS1控制Q1,Q4,PULS2控制Q2,Q3,并同時讓Q5,Q6相應地提前導通,便可輸出正弦波的正半周,如圖3所示。
要輸出正弦波的負半周,只需讓Q5,Q6的導通順序交換便可,如圖4所示。
軟件實現(xiàn)
TMS320LF2407的處理速度為30MIPS,幾乎所有的指令都可在50ns的單周期內(nèi)完成,配合其強大的指令運算功能,很容易實現(xiàn)各種控制算法及高速的實時采樣,可提高系統(tǒng)的工作效率。為了改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì),并減小系統(tǒng)的靜差,采用了閉環(huán)來實現(xiàn)各個功率變換環(huán)節(jié)的控制。
1 PWM波的輸出
本文采用三角波作為載波的規(guī)則采樣法,來獲得等高不等寬的矩形波,即脈沖。每個脈沖的中點都與相應的三角波的中點相對應,在三角波的負峰值時刻tD對正弦調(diào)制波采樣而得D點,過D點作一水平直線和三角波分別交于A點和B點,如圖5所示。則有
δ=Tc(1+sinωrtD)/2
根據(jù)這一關系式,如果一個周期內(nèi)有N個矩形波,則第i個矩形波的占空比為
Dr=0.5+0.5sin(i*2π/N)
用周期和占空比分別去設定TMS320LF2407中PWM電路相應的寄存器,便可在PWMx(x=1,2,3,4,7,8)上獲得所需的 PWM脈沖波形,由這些PWM脈沖去控制相應的6個開關管,便可輸出正弦波形。要注意的是,輸出正弦波質(zhì)量的高低與用作控制的正弦波的離散數(shù)量有關,如果離散數(shù)量越多,則輸出的正弦波就越平滑,但卻增加了DSP的運算量。反之輸出會越差。因此,對具體的應用場合,要選擇合適的離散值。定時器T1,T3被設定為下溢和周期匹配中斷方式,用作PWM輸出時基,工作在連續(xù)增/減記數(shù)模式。
2 實時采樣
采用TMS320LF2407中集成的16路ADC轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)電壓、電流采樣(每一通道的最小轉(zhuǎn)換時間為500ns)。通過采樣模塊 MAX122,將采樣信號轉(zhuǎn)換為LF2407的ADC所需的0~3.3V電平。在一個工頻周期中,將采樣200次(開關頻率為20kHz)。一旦有沖擊性負載存在,將導致輸出電流,或電壓過高,使DSP能及時捕獲此突變。DSP將調(diào)用相應的子程序來處理過壓或過流情況,以保護整個電路的正常運行。定時器 T2被設定為下溢和周期中斷方式,用作ADC采樣的控制時基,工作在連續(xù)增/減記數(shù)模式。實驗結果
根據(jù)以上原理,初步設計了一臺實驗系統(tǒng),并獲得了比較好的效果。其主要技術參數(shù)如表1所列。

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