依据DSP的三相SPWM逆变电源的规划
变频电源作为电源体系的重要组成部分，其功能的好坏直接关系到整个体系的安全和牢靠性目标。现代变频电源以低功耗、高效率、电路简练等明显长处而备受喜爱。变频电源的整个电路由沟通-直流-沟通-滤波等部分构成，输出电压和电流波形均为纯粹的正弦波，且频率和起伏在必定范围内可调。
本文完结了依据TMS320F28335的变频电源数字操控体系的规划，经过有用使用TMS320F28335丰厚的片上硬件资源，完结了SPWM的不规矩采样，并选用PID算法使体系发生高品质的正弦波，具有运算速度快、精度高、灵活性好、体系扩展才能强等长处。
体系整体介绍
依据结构不同，变频电源可分为直接变频电源与直接变频电源两大类。本文所研讨的变频电源选用直接变频结构即交-直-交改换进程。首要经过单相全桥整流电路完结交-直改换，然后在DSP操控下把直流电源转化成三相SPWM波形供应后级滤波电路，构成规范的正弦波。变频体系操控器选用TI公司推出的业界首款浮点数字信号操控器TMS320F28335，它具有150MHz高速处理才能，具有32位浮点处理单元，单指令周期32位累加运算，可满意使用关于更快代码开发与集成高档操控器的浮点处理器功能的要求。与上一代抢先的数字信号处理器比较，最新的F2833x浮点操控器不只可将功能均匀进步50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28x TM操控器软件的特色。体系整体框图如图1所示。
图1 体系整体框图
(1)整流滤波模块：对电网输入的沟通电进行整流滤波，为改换器供给波纹较小的直流电压。
(2)三相桥式逆变器模块：把直流电压改换成沟通电。其间功率级选用智能型IPM功率模块，具有电路简略、牢靠性高级特色。
(3)LC滤波模块：滤除搅扰和无用信号，使输出信号为规范正弦波。
(4)操控电路模块：检测输出电压、电流信号后，依照必定的操控算法和操控战略发生SPWM操控信号，去操控IPM开关管的通断然后坚持输出电压安稳，一起经过SPI接口完结对输入电压信号、电流信号的程控调度。捕获单元完结对输出信号的测频。
(5)电压、电流检测模块：依据要求，需求实时检测线电压及相电流的改变，所以需求三路电压检测和三路电流检测电路。一切的检测信号都经过电压跟从器阻隔后由TMS320F28335的A/D通道输入。
(6)辅佐电源模块：为操控电路供给满意必定技能要求的直流电源，以保证体系作业安稳牢靠。
体系硬件规划
变频电源的硬件电路首要包含6个模块：整流电路模块、IPM电路模块、IPM阻隔驱动模块、输出滤波模块、电压检测模块和TMS320F28335数字信号处理模块。
整流电路模块
选用二极管不可控整流电路以进步网侧电压功率因数，整流所得直流电压用大电容稳压为逆变器供给直流电压，该电路由6只整流二极管和吸收负载理性无功的直流稳压电容组成。整流电路原理图如图2所示。
图2 整流电路原理图
IPM电路模块
IPM由高速、低功率IGBT、优选的门级驱动器及维护电路组成。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器材。GTR饱满压下降，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT归纳了以上两种器材的长处，驱动功率小而饱满压下降，十分合适使用于直流电压。因而IPM具有高电流密度、低饱满电压、高耐压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的长处。本文选用的IPM是日本富士公司的型号为6MBP20RH060的智能功率模块，该智能功率模块由6只IGBT管子组成，其IGBT的耐压值为600V，最小死区导通时刻为3μs。
IPM阻隔驱动模块
因为逆变桥的作业电压较高，因而DSP的弱电信号很难直接操控逆变桥进行逆变。美国世界整流器公司出产的三相桥式驱动%&&&&&%IR2130，只需一个供电电源即可驱动三相桥式逆变电路的6个功率开关器材。
IR2130驱动其间1个桥臂的电路原理图如图3所示。C1是自举%&&&&&%，为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量，D1可防止上桥臂导通时直流电压母线电压到IR2130的电源上而使器材损坏。R1和R2是IGBT的门极驱动电阻，一般可选用十到几十欧姆。R3和R4组成过流检测电路，其间R3是过流取样电阻，R4是作为分压用的可调电阻。IR2130的HIN1~HIN3、LIN1~LIN3作为功率管的输入驱动信号与TMS320F8335的PWM衔接，由TMS320F8335操控发生PWM操控信号的输入，FAULT与TMS320F8335引脚PDPINA衔接，一旦呈现毛病则触发功率维护中止，在中止程序中封闭PWM信号。
图3 IR2130驱动其间1个桥臂的电路原理图
输出滤波模块
选用SPWM操控的逆变电路，输出的SPWM波中含有许多的高频谐波。为了保证输出电压为纯粹的正弦波，有必要选用输出滤波器。本文选用LC滤波电路，其间截止频率取基波频率的4.5倍，L=12mH，C=10μF。
电压检测模块
电压检测是完结闭环操控的重要环节，为了准确的丈量线电压，经过TMS320F28335的SPI总线及GPIO口操控对输入的线电压进行衰减/扩大的份额以满意A/D模块对输入信号电平(0-3V)的要求。电压检测模块选用256抽头的数字电位器AD5290和高速运算扩大器AD8202组成程控信号扩大/衰减器，每个输入通道的输入特性为1MΩ输入阻抗+30pF。电压检测模块电路原理图如图4所示。
图4 电压检测电路原理图
体系软件规划
体系上电后依照选定的形式自举加载程序，跳转到主程序进口，进行相关变量、操控寄存器初始化设置和正弦表初始化等作业。接着使能需求的中止，发动守时器，然后循环进行毛病检测和维护，并等候中止。首要包含三部分内容：守时器周期中止子程序、A/D采样子程序和数据处理算法。主程序流程图如图5所示。
图5 主程序流程图
守时器周期中止子程序
首要进行PI调理，更新占空比，发生SPWM波。守时器周期中止流程图如图6所示。
图6 守时器周期中止流程图
A/D采样子程序
首要完结线电流采样和线电压采样。为保证电压与电流信号间没有相对相移，本部分使用TMS320F28335片上ADC的同步采样办法。为进步采样精度，在A/D中止子程序中选用均值滤波的办法。对A相电压和电流A/D的同步采样部分代码如下：
数据处理算法
本体系首要用到以下算法：(1)SVPWM算法(2)PID调理算法(3)频率检测算法
SVPWM算法
变频电源的中心便是SVPWM波的发生，SPWM波是以正弦波作为基准波(调制波)，用一列等幅的三角波(载波)与基准正弦波比较较发生PWM波的操控办法。当基准正弦波高于三角波时，使相应的开关器材导通;当基准正弦波低于三角波时，使相应的开关器材截止。由此，逆变器的输出电压波形为脉冲列，其特色是：半个周期中各脉冲等距等幅不等宽，总是中心宽，两头窄，各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成份额。这种脉冲波经过低通滤波后可得到与调制波同频率的正弦波，正弦波幅值和频率由调制波的幅值和频率决议。
本文选用不对称规矩采样法，即在三角波的极点方位与低点方位对正弦波进行采样，它构成的阶梯波更挨近正弦波。不规矩采样法生成SPWM波原理如图7所示。图中，Tc是载波周期，M是调准则，N为载波比，Ton为导通时刻。 由图7得：
当k为偶数时代表极点采样，k为奇数时代表底点采样。
SVPWM算法完结进程：
使用F28335内部的事情管理器模块的3个全比较单元、通用守时器1、死区发生单元及输出逻辑能够很方便地生成三相六路SPWM波形。实践使用时在程序的初始化部分树立一个正弦表，设置通用守时器的计数办法为接连增计数办法，在中止程序中调用表中的值即可发生相应的按正弦规则改变的SPWM波。SPWM波的频率由守时时刻与正弦表的点数决议。
SVPWM算法的部分代码如下：
PID调理算法
在实践操控中许多不安稳要素易形成增量较大，从而形成输出波形的不安稳性，因而有必要选用增量式PID算法对体系进行优化。PID算法数学表达式为
Upresat(t)= Up(t)+ Ui(t)+ Ud(t)
其间，Up(t)是份额调理部分，Ui(t)是积分调理部分，Ud(t)是微分调理部分。
本文经过对A/D转化收集来的电压或电流信号进行处理，并对输出的SPWM波进行脉冲宽度的调整，使体系输出的电压坚持安稳。
PID调理算法的部分代码如下：
频率检测算法
频率检测算法用来检测体系输出电压的频率。用TMS320F28335片上事情管理器模块的捕获单元捕捉被测信号的有用电平跳变沿，并经过内部的计数器记载一个周波内标频脉冲个数，终究进行相应的运算后得到被测信号频率。
试验成果
丈量波形
在完结上述硬件规划的基础上，本文选用特定的PWM操控战略，使逆变器拖动感应电机运转，并进行了短路、电机堵转等试验，证明选用逆变器功能安稳，能牢靠地完结过流和短路维护。图8是电机在空载条件下，用数字示波器记载的稳态电压波形。起伏为35V，频率为60Hz。
图7 不规矩采样法生成SPWM波原理图
图8 输出线电压波形
测试数据
在不同频率及不同线电压情况下的测试数据如表1所示。
表1 不同输出频率及不同线电压情况下试验成果
成果剖析
由示
