基于DSP的變頻電源

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊PAGE3第1章緒論1.1變頻電源的研究背景及意義自變頻電源的誕生以來，因其具有大小較小、對外界產(chǎn)生的雜音小、重量輕、功能損耗較低、用起來簡單快捷、方便、暫態(tài)反應(yīng)的速度較快、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，現(xiàn)在已經(jīng)被各個行業(yè)廣泛使用，在改善電能質(zhì)量方面也起到了重要的作用，現(xiàn)在己經(jīng)變成為發(fā)展前景和影響力很強(qiáng)的一個朝陽產(chǎn)業(yè)。變頻電源的電壓和頻率能夠變成世界各國的用電標(biāo)準(zhǔn)，因此現(xiàn)已被大多的出口電器廠商和貿(mào)易商廣泛采用。最近伴隨著電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對變頻電源的需求量也越來越高，對其產(chǎn)品性能的要求也越來越高，因此對其電源產(chǎn)品的開發(fā)、研究是非常必要的，不管是對社會的進(jìn)步，還是對人們的日常生活都有著重要的意義。伴隨著對變頻電源的深入研究，其性能方面已經(jīng)得到了很大的改善，并且現(xiàn)在已被廣泛的應(yīng)用，變頻電源也顯示出了其強(qiáng)大的性能優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在其具有高集成化、高性能化、高速率化等特點(diǎn)[2]。在對變頻電源研究及開發(fā)的早期，對它的性能要求方面比較低，沒有做過多的要求，只是對其要求可以穩(wěn)定的輸出電壓即可，輸出的交流電壓要求在一定的范圍內(nèi)電壓和頻率可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)就可以了，但是伴隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和社會提出環(huán)境綠色化的要求之后，變頻電源除了能夠滿足上面提出的基本穩(wěn)定的交流電壓功能外，對其提出了更多的要求，主要表現(xiàn)在這幾方面，以往的變頻電源輸出含有較多的高頻諧波，對環(huán)境會造成污染，現(xiàn)在制作的變頻電源在環(huán)保方面必須要做到綠色、清潔，不對環(huán)境及電網(wǎng)造成污染[3]，并且變頻電源的控制方式也發(fā)生了改變，傳統(tǒng)變頻電源采用模擬控制，由于此控制方式缺點(diǎn)較多，如控制不精確、集成度不高、線路容易亂、不易維修等缺點(diǎn)。隨著DSP等技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬控制的變頻電源將被數(shù)字化控制的變頻電源所取代，基于DSP的數(shù)字化變頻電源能夠解決傳統(tǒng)變頻電源以上提出來的缺點(diǎn)，并且基于DSP的數(shù)字化的變頻電源已經(jīng)成為當(dāng)今社會變頻電源產(chǎn)品設(shè)計的主力[4][5]，對變頻電源技術(shù)的深入研究對人們的生產(chǎn)和生活有著重要的意義。1.2變頻電源國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外市場變頻電源在各個行業(yè)的涉及較為寬廣，并且對其生產(chǎn)有非常大的規(guī)模,功率方面也越做越高，如今已經(jīng)超過了20000KW甚至更高[6]，技術(shù)方面非常成熟，逆變技術(shù)、控制技術(shù)等已經(jīng)成熟，并且已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于產(chǎn)品中，使產(chǎn)品性能得到很大的提升，目前控制方式同國內(nèi)一樣，沒有很大的差別，主要有兩種，一種是模擬型，另一種是數(shù)字型[7]。模擬型變頻電源采用脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）控制全橋逆變橋中的功率開關(guān)管（IGBT、MOSFET）等，通過控制其通斷來實(shí)現(xiàn)變頻電源的變壓變頻等功能。數(shù)字式控制的變頻電源一般采用DSP作為整個系統(tǒng)的控制器，控制系統(tǒng)更為簡單，DSP具有運(yùn)算速度快、集成化程度高、處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[8]，這種數(shù)字式控制方式不僅可以控制變頻電源輸出頻率可以調(diào)節(jié)和電壓也可以調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，對環(huán)境、電網(wǎng)的污染也有所降低。隨著電力電子器件的不斷發(fā)展和DSP等各方面技術(shù)的不斷成熟，國外各個國家應(yīng)用各種高性能的電力電子器件和成熟的技術(shù)研究變頻電源，使變頻電源性能方面得到很大的提升，并且制作的變頻電源的體積更加小型化、重量方面也更輕[9]。國內(nèi)對變頻電源的研究相比于國外稍晚，大概開始于20世紀(jì)九十年代，國內(nèi)的變頻電源產(chǎn)品控制方式和國外相同，也有模擬控制型和數(shù)字控制型兩種，控制方面沒有較大的差別。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，伴隨著控制技術(shù)等各方面技術(shù)的更加成熟，和對逆變橋中的功率開關(guān)管（IGBT、MOSFET等）的進(jìn)一步研究，對變頻電源整個系統(tǒng)的研究取得了較好的成績，主要體現(xiàn)在電源電壓利用率更高，損耗更低，裝置體積更加小型化，線路更加集成化[10]。但是也存在一定的不足，與國外相比，電源性能方面有一定的逆勢，主要因為對三相功率因數(shù)校正技術(shù)、抑制諧波技術(shù)等方面還存在一定的缺陷。1.3變頻電源的未來發(fā)展趨勢伴隨著社會的不斷進(jìn)步和社會對電源市場需求量的不斷增多，對電源的研究是非常必要的?，F(xiàn)在變頻電源的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：集成化。集成化將使電路更加穩(wěn)定，并且能使整個裝置的體積更小，制作所消耗的材料更少，降低制造成本，體積小讓用戶使用起來更加方便，運(yùn)送也更為方便；數(shù)字化。隨著單片機(jī)、DSP等技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬控制的變頻電源將被數(shù)字化控制的變頻電源所取代，模擬控制具有的缺點(diǎn)較多，比如安全穩(wěn)定性低，這些缺點(diǎn)數(shù)字化控制都能解決；綠色化。高效節(jié)能一直是當(dāng)今社會所追求的，采用SVPWM控制能將電源利用率最大化，并且產(chǎn)生的諧波也更少，對環(huán)境的污染也就降低[11]。1.4全文研究內(nèi)容及章節(jié)安排本文設(shè)計的變頻電源是基于TMS320F2812DSP的，應(yīng)用數(shù)字化控制實(shí)現(xiàn)具有頻率可以調(diào)節(jié)功能的變頻電源。第1章主要介紹了研究變頻電源的背景、意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和變頻電源的未來的走向、發(fā)展趨勢。第2章主要介紹了設(shè)計變頻電源用到的相關(guān)基本理論和本設(shè)計的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計，相關(guān)基本理論主要用到了兩種基本理論，空間矢量SVPWM和PI控制理論，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用交-直-交結(jié)構(gòu)。第3章主要介紹了系統(tǒng)硬件電路是如何設(shè)計的，包括主電路的設(shè)計、驅(qū)動電路的設(shè)計、采樣電路的設(shè)計、控制電路的設(shè)計和輔助電源電路的設(shè)計；主電路設(shè)計中又包括整流電路的設(shè)計和逆變電路的設(shè)計，驅(qū)動電路設(shè)計又包括光耦合器的設(shè)計，采樣電路的設(shè)計包括電流采樣和電壓采樣的設(shè)計，控制電路中主要介紹了DSP最小系統(tǒng)的設(shè)計。第4章主要介紹了系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計，包括SVPWM波的產(chǎn)生程序、PI算法調(diào)節(jié)程序、人機(jī)交互模塊程序的設(shè)計（鍵盤模塊和顯示模塊）和A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計等模塊程序流程圖的設(shè)計。第5章對全文進(jìn)行了總結(jié)，對主要完成的內(nèi)容進(jìn)行一些簡要的概括。┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊第2章變頻電源系統(tǒng)總體設(shè)計及相關(guān)理論本設(shè)計通過功率變換電路將交流電變換成所需頻率的正弦波的電源，其具體采用空間矢量(SVPWM)和PI調(diào)節(jié)的控制方式，兩種控制方式相結(jié)合得到的電源輸出幅值穩(wěn)定，三相電壓對稱度高，諧波含量小，并且更容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。2.1SVPWM基本原理空間矢量的概念：它由感應(yīng)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場導(dǎo)出，用于調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓。在這種調(diào)制技術(shù)中，無論是在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中還是在靜止坐標(biāo)系中，三相量都可以轉(zhuǎn)化為等效的兩相量。從這些兩相分量中，可以得到參考矢量大小，并用于逆變器輸出的調(diào)制。與SPWM相比較，主要的優(yōu)點(diǎn)在于直流母線電壓的利用率更高和系統(tǒng)控制更容易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制[12][13]。三相逆變橋中共有6個功率開關(guān)管，且每一相上的上下兩個功率開關(guān)管不同時導(dǎo)通，而是交替著導(dǎo)通，定義每相上橋臂開關(guān)導(dǎo)通用“1”表示，每相下橋臂開關(guān)導(dǎo)通用“0”表示，對6個功率開關(guān)管的導(dǎo)通情況進(jìn)行組合，共有8種工作狀態(tài)，即：100（V6、V1、V2通），110（V1、V2、V3通），010（V2、V3、V4通），011（V3、V4、V5通），001（V4、V5、V6通），101（V5、V6、V1通），111（V1、V3、V5通），000（V2、V4、V6通）；從實(shí)際情況看，前六種工作狀態(tài)有輸出電壓，屬于有效工作狀態(tài)，而后兩種全部是上橋臂開關(guān)全部導(dǎo)通或者是下橋臂開關(guān)全部導(dǎo)通，沒有電壓輸出，稱為零工作狀態(tài)。對于這種逆變電路，因其只有前六種有電壓輸出，而后兩種沒有電壓輸出，因此稱之為6拍逆變器。SVPWM的方法實(shí)質(zhì)就是通過三相逆變橋中6個功率開關(guān)管的8種不同工作狀態(tài)近似產(chǎn)生電機(jī)的電壓向量。相鄰兩個非零向量的夾角是60度。同時，兩個零向量(V0和V7)位于原點(diǎn)，并對負(fù)載施加零電壓。這八個向量稱為基本空間向量，用(V0,V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7)表示。同樣的變換可以應(yīng)用到期望的輸出電壓上，得到期望的參考電壓矢量，即d-q平面上的Vref。SVPWM技術(shù)的目標(biāo)是利用八種開關(guān)模式逼近參考電壓矢量Vref。一種簡單的近似方法是使逆變器在小周期T內(nèi)的平均輸出與Vref在同一周期內(nèi)的平均輸出相同[14]。在DSPTMS320F2812芯片的EV模塊的8個輸出引腳上產(chǎn)生設(shè)定好的PWM信號，生成的空間矢量波形關(guān)于PWM周期中心是完全對稱的，所以也將其波形稱作為對稱空間矢量PWM波，圖2.1所示為當(dāng)SVRDIR=0，（D2D1D0）=(001)的空間矢量PWM波形的一個例子。圖2.1對稱的空間矢量PWM波形2.2PI控制基本理論P(yáng)I控制又叫做比例積分控制，其本質(zhì)上是將系統(tǒng)實(shí)際輸出的值與系統(tǒng)給定的值進(jìn)行比較，從而比對出系統(tǒng)的控制偏差，然后把比對出來的偏差信號的比例和積分通過適當(dāng)?shù)慕M合，把它當(dāng)作系統(tǒng)的控制量，然后控制被控制的量[15]。主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：①改善了系統(tǒng)的無差度，②改善了系統(tǒng)的誤差，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，③對系統(tǒng)的抗干擾能力有所增強(qiáng)，④系統(tǒng)的頻寬有所降低，從而調(diào)節(jié)時間也增大，⑤增加了相位滯后。比例積分調(diào)節(jié)中的比例調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)主要起到抑制系統(tǒng)產(chǎn)生偏差或者是減小系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差信號的作用，盡最小的時間減小偏差值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)生偏差信號以后，PI控制器就會馬上工作，盡最小的時間減小或者是消除偏差信號，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，比例作用的大小也會對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，既有利也有弊，通常比例作用大，控制器就可以加快調(diào)節(jié)，快速降低系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差，是系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，但是并不是比例作用越高越好，選擇比例系數(shù)的值不能過大，如果選擇過大的比例系數(shù)值會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)輸出超調(diào)振蕩的情況。比例積分調(diào)節(jié)中的積分調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)主要起到改善系統(tǒng)的無差度的作同，減小或者是消除系統(tǒng)產(chǎn)生的靜態(tài)誤差，這樣就可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性，提高穩(wěn)態(tài)性能，同時積分作用對比例作用會有一定的影響；和比例環(huán)節(jié)相同，積分調(diào)節(jié)對系統(tǒng)既有利也有弊，積分調(diào)節(jié)對系統(tǒng)起作用時，會導(dǎo)致系統(tǒng)增添一個極點(diǎn)，這個極點(diǎn)會對其產(chǎn)生不良的影響[16]。比例積分控制將比例控制和積分控制結(jié)合起來，這樣既克服了比例控制的缺點(diǎn)，也抑制了積分控制的不足，積分時間常數(shù)的大小，會影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，積分時間常數(shù)如果過大，會導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，使系統(tǒng)整體呈現(xiàn)出滯后的特性，在實(shí)際應(yīng)用中，比例積分控制器主要起到增強(qiáng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高穩(wěn)態(tài)性能。2.3變頻電源結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計本文設(shè)計的是一臺以TMS320F2812為核心控制器的三相數(shù)字化控制的變頻電源，通常變頻電源結(jié)構(gòu)的類型劃分為2大類：直接變頻和間接變頻兩種。直接變頻也就是交—交變頻，其中間沒有其他電能變換的環(huán)節(jié)[17]，是直接將直接就變換成用戶所需要的可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電。間接變頻也就是交—直—交變頻中間需要經(jīng)過電能變換這一過程，先利用整流電路將所給的工頻交流電整為直流電，其中輸出的直流電兩端需要并聯(lián)一個電容，利用電容的特性濾除直流中含有的少部分交流成分，這樣就可以得到比較純凈的直流電，得到的直流電再通過逆變橋?qū)⒅绷麟娮儞Q成用戶所需要的可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電，實(shí)際設(shè)計時需要對最終輸出的交流電進(jìn)行電壓電流采樣，利用雙閉環(huán)反饋的PI控制策略和利用核心控制器TMS320F2812的PWM模塊輸出的信號對逆變橋中的功率開關(guān)管進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)的。交—交變頻，因為其中間沒有其他的電能變換過程，電壓損耗也就降低，電壓利用率也高，主電路相對比較簡單[18]，并且制造價格也便宜，但是這種變換方式也存在一些不可避免的缺點(diǎn)，比如最終輸出的交流電含有的諧波較多，其頻譜比較難分析，這會對電網(wǎng)造成不利的影響，也會對環(huán)境造成污染。交—直—交變頻，從字面意思就知道其中間需要先經(jīng)過其他的電能變換過程，即需要先將所給的工頻交流電變換成直流電，得到的直流電再通過逆變橋?qū)⒅绷麟娮儞Q成用戶所需要的可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電。交—交變頻會受到輸入電源端頻率的限制，而交—直—交變頻不會受到輸入電源端頻率的限制，再結(jié)合所給的頻率指標(biāo)：輸入頻率為50Hz,輸出頻率為0~400Hz之間，因此本設(shè)計采用交—直—交變頻這種結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)框圖如圖2.2所示，整個系統(tǒng)主要由8部分組成，分別是：整流濾波電路、三相逆變電路、LC濾波電路、采樣電路、輔助電路、隔離驅(qū)動電路、DSP控制電路和人機(jī)界面。圖2.2變頻電源系統(tǒng)框圖整流濾波部分采用二極管不控整流，其結(jié)構(gòu)較為簡單，方便設(shè)計，并且價格也便宜[19]，整流之后在其輸出端并聯(lián)一個電容，這個電容可以起到濾波的作用，主要是利用其通交流電阻直流電的特性；逆變部分采用三相電壓型橋式逆變電路，其逆變橋中的功率開關(guān)管采用IGBT，IGBT將GTR和電力MOSFET的優(yōu)點(diǎn)聚集在一起，其性能非常好，主要體現(xiàn)在開關(guān)速度快，在進(jìn)行通斷時的功耗也小[20]，因此選用IGBT作為逆變橋中的功率開關(guān)管；通過逆變橋出來的三相交流電中含有諧波，不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，因此需要進(jìn)行濾波，本設(shè)計采用LC濾波，濾波電路中用到的3個電感L和3個電容C均分別相等，具體可見下一章節(jié)；采樣部分包括電壓采樣和電流采樣，采樣之后的電壓電流需要進(jìn)行信號調(diào)理，因為采樣之后的電壓電流接到DSP芯片TMS320F2812的A/D模塊，A/D模塊能處理的電壓在0-3V之間[21][22]，而采樣的電壓比3V大，因此需要進(jìn)行信號調(diào)理，電壓電流采樣能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制，使系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定；本設(shè)計控制器采用DSPTMS320F2812，其芯片內(nèi)部匯集了各種模塊，主要包括存儲器、定時器、事件管理器、A/D轉(zhuǎn)換接口、外部擴(kuò)展接口等，使系統(tǒng)更加容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制；隔離部分采用高速型光耦合器TLP250，驅(qū)動部分采用美國IR公司的IR2106/S驅(qū)動芯片，隔離驅(qū)動部分主要是將DSP芯片TMS320F2812的PWM輸出的信號進(jìn)行隔離以保護(hù)電路，隔離之后驅(qū)動三項逆變橋中的功率開關(guān)管IGBT的開通和關(guān)斷；電源電路部分主要是為系統(tǒng)中用到的芯片、運(yùn)放、光耦合器等供電，該部分采用產(chǎn)自上海嘉尚電子科技有限公司的JS158開關(guān)電源，其具有多路隔離輸出；人機(jī)部分設(shè)計了獨(dú)立按鍵和液晶顯示屏，實(shí)時顯示系統(tǒng)的電壓、頻率等參數(shù)，液晶顯示部分采用帶有驅(qū)動控制功能的LCD模塊TG240128A圖形點(diǎn)陣液晶顯示進(jìn)行設(shè)計。工作過程：將所給的三相交流電380V/50Hz輸入到三相不可控整流電路中，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)過并聯(lián)在整流電路輸出端的電容進(jìn)行濾波，消除直流電壓中含有的交流部分，這樣就可以得到比較純凈的直流電，再經(jīng)過三相全橋逆變電路轉(zhuǎn)化為交流電，逆變電路中采用的開關(guān)器件是全控型器件IGBT，逆變輸出的是SVPWM波，含有高頻諧波，最后經(jīng)過LC濾波電路濾除高頻諧波，得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。采樣電路對輸出交流進(jìn)行電壓、電流采樣輸送到TMS320F2812的A/D模塊，A/D模塊能處理的電壓在0-3V之間[23]，而采樣的電壓比3V大，因此需要進(jìn)行信號調(diào)理，電壓電流采樣能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制，使系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定，再由DSP的PWM模塊產(chǎn)生SVPWM脈沖，經(jīng)隔離驅(qū)動電路控制逆變電路中開關(guān)器件IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。電源電路是將提供的530V直流電壓進(jìn)行電能變換,提供整個電源系統(tǒng)中以DSP為核心的控制電路及隔離驅(qū)動電路所需要的不同工作電壓，該部分采用產(chǎn)自上海嘉尚電子科技有限公司的JS158開關(guān)電源，其具有多路隔離輸出；人機(jī)界面包含了按鍵、LCD液晶顯示，實(shí)時顯示實(shí)時顯示系統(tǒng)的電壓、頻率等參數(shù)，這樣用戶使用起來將更為方便。

變頻電源系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計的硬件設(shè)計主要包括主電路的設(shè)計、驅(qū)動電路的設(shè)計、采樣電路的設(shè)計和控制電路的設(shè)計。3.1主電路設(shè)計主電路主要設(shè)計了三相不可控整流電路、三相電壓型橋式逆變電路及濾波電路3部分。三相不可控整流電路將所提供的三相交流電整流成直流電，三相電壓型橋式逆變電路將上一環(huán)節(jié)整流得來的直流電進(jìn)行逆變，變換成三相交流電，由于輸出的交流電中含有諧波部分，因此需要通過LC濾波電路進(jìn)行濾波，濾除諧波部分，得到比較標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。3.1.1整流電路的設(shè)計整流部分通?？梢酝ㄟ^兩種電力電子器件實(shí)現(xiàn)，可控型器件晶閘管和不可控型器件二極管來實(shí)現(xiàn)。二極管整流電路簡單，并且二極管價格低，但是電流沖擊大，應(yīng)設(shè)有預(yù)充電阻；利用晶閘管整流可以緩慢升壓，實(shí)現(xiàn)軟啟動，沒有沖擊[24]，但是由于晶閘管可控整流比較復(fù)雜，因此本設(shè)計采用二極管不控整流，和晶閘管可控整流相比,這種不控整流可以提高電壓功率因數(shù),控制簡單,并且較為便宜。圖3.1整流電路整流電路如圖3.1所示，由于經(jīng)過三相不可控整流電路輸出的直流電壓不純凈，其中含有一些少量的交流部分,因此需要在三相不可控整流電路的輸出端并聯(lián)一個二極管，對整流輸出的電壓濾波,減小或消除直流電壓中含有的交流成分。剛上電時,通過二極管整流得到的直流電壓范圍在514.8~539V之間，通常取530V,由于電容不能承受太高的電流因此在電路中串聯(lián)了一個充電限流電阻R，待電壓穩(wěn)定之后關(guān)閉開關(guān)S，將電阻R短路，消除其對線路的損耗。接下來對電路中相關(guān)元器件參數(shù)的計算。380V交流電壓的相電壓為220V，經(jīng)整流電路之后輸出的直流電壓在2.34U相到2.45U相之間，所以Ud=514.8~539V，實(shí)際情況中一般維持在530V左右。電路中二極管所能承受的最大反向電壓為=539V，根據(jù)性能指標(biāo)輸出容量為5KVA,電源效率為85％以上，功率因數(shù)一般取0.9，所以直流側(cè)的平均功率為:(3.1)直流側(cè)電流平均值為:(3.2)流過二極管的電流為:（3.3）選取二極管時需要考慮安全裕量，所以電流應(yīng)取1.5，即15A；電壓取1.5，即795V，因此選取深圳市嘉利亞洲實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的KBPC2510整流橋，所能承受最大電流為25A，承受最大電壓為1000V，滿足要求。充電限流電阻R的阻值為:(3.4)3.1.2逆變電路的設(shè)計逆變輸出的電流波形為正弦形波，逆變電路的設(shè)計對整個電源系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，它決定著整個電源系統(tǒng)最終輸出的電壓是否能夠滿足所要求的性能指標(biāo)等要求，逆變電路通常兩種類型，一種是電壓型逆變電路，另外一種是電流型逆變電路。兩種逆變電路主要有兩點(diǎn)不同，前者直流側(cè)為電壓源，并且逆變橋全部都并聯(lián)反饋二極管，后者直流側(cè)為電流源，因為在進(jìn)行無功能量的反饋時，直流電流不會反向，所以逆變橋不用并聯(lián)反饋二極管[25]。兩種逆變電路沒有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，因此本設(shè)計選用常用的電壓型逆變電路。逆變電路中涉及到功率開關(guān)管的選取，本設(shè)計選用的是IGBT絕緣柵雙極型晶體管作為逆變電路的開關(guān)器件，IGBT將TRG和電力MOSFET的優(yōu)點(diǎn)聚集在一起，其性能非常好，主要體現(xiàn)在開關(guān)速度快，在進(jìn)行通斷時的功耗也小[26]，因此本設(shè)計選用IGBT絕緣柵雙極型晶體管作為逆變電路的開關(guān)器件，逆變電路選用三相電壓型橋式逆變電路，如圖3.2所示。圖3.2三相電壓型橋式逆變電路如圖，其基本工作方式為180°導(dǎo)電方式，同一相上的兩個功率開關(guān)管IGBT交替導(dǎo)通，但是在實(shí)際工作時，同一相上的兩個功率開關(guān)管IGBT可能會同時導(dǎo)通，這樣會導(dǎo)致將直流側(cè)短路，使電路不能正常工作，甚至?xí)龎碾娐分械脑骷瑸榱吮苊膺@種情況的發(fā)生，同一相上的兩個功率開關(guān)管IGBT需要利用先斷后通的方法，當(dāng)同一相的某一個橋臂的開關(guān)管關(guān)斷后，另外一個開關(guān)管就需要導(dǎo)通，但是需要在這兩個開關(guān)管IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷之間留一個死區(qū)時間[27]，這樣就能有效的避免同一相上的兩個功率開關(guān)管IGBT會同時導(dǎo)通的情況，因為功率開關(guān)管IGBT的開關(guān)速度較快，因此這個死區(qū)時間可以非常短。接下來對電路中的器件進(jìn)行參數(shù)計算。逆變電路中主要用到的是IGBT器件，選擇IGBT主要考慮其所能承受的電壓和電流兩個因素，本設(shè)計中額定輸出容量為5KVA，功率因數(shù)為0.9，根據(jù)這兩個參數(shù)可以得到額定輸出功率為：（3.5）輸出線電壓為380V，則相電壓有效值為220V，則流過每個功率管IGBT的電流為：（3.6）流過每個功率管IGBT的電流峰值為：（3.7）當(dāng)電路被短路時功率管IGBT兩端承受的電壓為之前整流之后得到的直流電壓530V，實(shí)際選取時應(yīng)考慮2倍安全裕量，應(yīng)此選取東芝公司出品的GT40Q321型IGBT，其所能承受的最大電壓為1200V，100℃時所能承受最大電流為25A，25℃時所能承受最大電流為42A，滿足所需要求。3.1.3濾波電路的設(shè)計逆變電路輸出的波形其中含有較多的諧波分量，諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，還可能會導(dǎo)致繼電保護(hù)等自動裝置的誤動作，因此經(jīng)過逆變橋輸出的波形必須通過濾波電路對其進(jìn)行濾波，去除諧波分量。濾波電路分為兩種：有源濾波和無源濾波。有源濾波電路的負(fù)載不會影響濾波特性，因此常用于信號處理要求比較高的電路中，但是電路的設(shè)計和組成比較復(fù)雜，因此不常用；無源濾波電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計也比較簡單，本設(shè)計采用的就是此濾波電路，如圖3.3所示。圖3.3LC濾波電路圖中L1、L2、L3為濾波電感，并且它們的值均相等；C3、C4、C5為濾波電容，并且它們的值也均相等[28]。3.2驅(qū)動電路設(shè)計通過DSP產(chǎn)生的SVPWM波不能直接驅(qū)動逆變橋中的開關(guān)器件IGBT，需要先將SVPWM波輸送到驅(qū)動電路，再將驅(qū)動電路的輸出接在IGBT的門極，因為IGBT是電壓型開關(guān)器件，因此只要控制IGBT的柵極電壓就可以控制其通斷。3.2.1隔離環(huán)節(jié)的設(shè)計在將通過DSP產(chǎn)生的SVPWM信號接到驅(qū)動電路之前，還需要先通過一個隔離環(huán)節(jié)，用來隔離主電路與控制電路。隔離通常有兩種途徑，一種是采用光隔離，另外一種是采用磁隔離，前者相對于后者結(jié)構(gòu)比較簡單，并且成本也低，因此本設(shè)計采用光隔離。光耦合器其本質(zhì)上是由一個光敏晶體管和一個發(fā)光二極管組成的，光耦合器又有三種類型：普通型、高速型、高傳輸比型[29]，本設(shè)計選用TLP250做為控制電路和主電路之間的隔離，其是高速型光耦合器，其1引腳和4引腳為空腳，具體應(yīng)用時可以懸空不接，6引腳和7引腳為兩個相同的輸出端，具體應(yīng)用時可以先將6引腳和7引腳進(jìn)行連接，再接到驅(qū)動芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。圖3.4高速型光耦合器TLP250芯片中包含了兩個二極管和兩個三極管，其工作電源電壓在10-35V之間，開關(guān)時間最大為0.5μs，在具體工作時，需要在8腳Vcc和5腳GND之間接上一個0.1μF的旁路電容，這樣能獲得更穩(wěn)定的放大增益。3.2.2驅(qū)動電路的設(shè)計本設(shè)計采用驅(qū)動IGBT的芯片是IR2106/S，其具有較好的抗噪聲干擾功能，并且其工作環(huán)境溫度范圍較寬，-40-125℃,低端固定電源電壓Vcc極限值在-0.3-30V之間，是美國IR公司生產(chǎn)的驅(qū)動芯片，具有兩個輸入端和兩個輸出端，并且兩個輸入端和兩個輸出端之間都相互獨(dú)立，柵極驅(qū)動電壓范圍為在10-20V之間。圖3.5驅(qū)動電路驅(qū)動電路如圖3.5所示，一個IR2106/S芯片有兩個輸出端，能夠驅(qū)動2個IGBT，三相逆變橋中需要驅(qū)動6個IGBT，因此需要3個這樣的芯片。上圖是驅(qū)動一個橋臂的電路圖，圖中R1、R2是柵極限流電阻，一般功率越大的IGBT柵極限流電阻，圖中左端的驅(qū)動信號SVPWM來自于DSP芯片TMS320F2812的PWM引腳，其不能直接接驅(qū)動芯片IR2106/S，需要先經(jīng)過上述設(shè)計到的TLP250光耦合器芯片進(jìn)行隔離，再接到驅(qū)動芯片，其光耦合器的輸出只能接驅(qū)動芯片的一個引腳，驅(qū)動芯片IR2106/S的輸入端有HIN和LIN兩個引腳，因此一個驅(qū)動芯片需要搭配兩個光耦合器。3.3采樣電路設(shè)計變頻電源需要對輸出端電壓電流進(jìn)行采樣，將采樣信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入DSP進(jìn)行比較從而使電壓電流雙環(huán)控制系統(tǒng)形成閉環(huán)，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出端電壓電流。采樣電路主要是對三相逆變輸出的電壓電流進(jìn)行采樣，通過DSP對這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。3.3.1電流采樣電路的設(shè)計電流采樣電路的作用是為了提高輸出端電信號的質(zhì)量,另外也能夠?qū)⒉蓸拥碾娏餍盘柈?dāng)作變頻電源系統(tǒng)閉環(huán)控制中閉環(huán)的反饋量，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。本設(shè)計電流采樣采用電流傳感器，電流傳感器按用途圖分可以分為3類：測量用、保護(hù)用和穩(wěn)控用，本設(shè)計采用的是TA52LE系列測量用電流傳感器對輸出電流進(jìn)行采樣，其工作溫度范圍為-40-85℃，輸入類型為電流型，輸出類型為電壓型，該傳感器采用環(huán)氧樹脂裹覆底座立式結(jié)構(gòu)，隔離強(qiáng)度高，抗沖擊性強(qiáng)，采用PCB直插式安裝方式，使用非常簡便，是一種超小型高精度的電流傳感器。本設(shè)計電流采樣電路如圖3.6所示。圖3.6電流采樣電路因為TMS320F2812片內(nèi)A/D模塊的電壓為3.3V，因此最終輸出的電壓范圍應(yīng)在0-3.3V之間[30]，所以需要將TA52LE傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理，使最終輸出的電壓范圍應(yīng)在0-3.3V之間；圖中R16、R19為反饋電阻，通過調(diào)節(jié)其阻值，能輸出所需要的電壓值，并且要求其溫度系數(shù)優(yōu)于50×Ω/℃、精度優(yōu)于1％，R14和R16均取49.9Ω，R15取10kΩ，R17取4.99Ω，C21選取經(jīng)驗值0.01-0.03μF，運(yùn)算放大器的性能會影響整個電路，選用更好的運(yùn)算放大器能使電路達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性，本設(shè)計選用的運(yùn)算放大器為OP07，是一款高速型的運(yùn)算放大器。3.3.2電壓采樣電路的設(shè)計電壓采樣的作用同上述電流采樣的相同，檢測其輸出電壓的大小，并以此作為變頻電源系統(tǒng)閉環(huán)控制中電壓閉環(huán)的反饋量。本設(shè)計電壓采樣采用電壓傳感器，電壓傳感器按照其工作原理可以分為電流型電壓傳感器和電壓型電壓傳感器，本設(shè)計采用TV31B系列電流型電壓傳感器，本質(zhì)上是一次線圈和二次線圈相等的電流傳感器。電壓采樣電路如圖3.7所示。圖3.7電壓采樣電路TMS320F2812片內(nèi)A/D采樣的輸入電平范圍為0-3.3V,同之前的電流傳感器采樣一樣，電壓傳感器TV31B采樣的信號也需要通過信號調(diào)理模塊,將采集信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q,使最終輸出的電壓范圍應(yīng)在0-3.3V之間。圖中輸入電壓經(jīng)過限流電阻R8使流過TV31B系列電流型電壓傳感器一次側(cè)的額定電流為2mA，因為一次側(cè)線圈和二次側(cè)線圈匝數(shù)相同，所以二次側(cè)會產(chǎn)生一個相同的電流2mA，然后二次側(cè)接運(yùn)放I/V轉(zhuǎn)換電路將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，圖中R9、R12是反饋電阻，要求其溫度系數(shù)優(yōu)于50×Ω/℃并且精度優(yōu)于1％，通過調(diào)節(jié)器其阻值，就能得到所需要輸出的電壓值，電容C17和可調(diào)電阻R10是用來補(bǔ)償相移的，運(yùn)算放大器同電流采樣相同，也是選用OP07，是一款高速型的運(yùn)算放大器。3.4控制電路設(shè)計系統(tǒng)控制部分以DSPTMS320F2812芯片為核心控制器，主頻高達(dá)150Hz，其芯片內(nèi)部匯集了各種模塊，主要包括存儲器、定時器、事件管理器、A/D轉(zhuǎn)換接口、外部擴(kuò)展接口等，并且還具有SCI功能，具有JTAG仿真接口，使用十分方便，DSPTMS320F2812芯片具有這些強(qiáng)大的功能，讓電源系統(tǒng)更加容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。3.4.1控制系統(tǒng)組成通常DSPTMS320F2812芯片不能夠獨(dú)自工作，還需要對其外圍進(jìn)行一些擴(kuò)展，其中電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、仿真接口（JTAG），以上這幾部分是不可或缺的，由于本次利用DSPTMS320F2812芯片對數(shù)據(jù)處理量比較大，而其芯片內(nèi)的存儲器可能不足以支撐這些大量數(shù)據(jù)的處理，因此還需要利用DSPTMS320F2812芯片的數(shù)據(jù)總線和地址總線進(jìn)行擴(kuò)展SRAM靜態(tài)存儲器，以上的這些外圍部分就構(gòu)成了DSP的最小系統(tǒng)，必須要有這幾部分DSPTMS320F2812芯片才可以正常工作。其原理框圖如圖3.8所示。圖3.8DSP最小系統(tǒng)原理框圖3.4.2電源電路的設(shè)計TMS320F2812芯片要想正常運(yùn)行，第一步就是要對其通電，為了保證TMS320F2812芯片各環(huán)節(jié)正常運(yùn)行，降低系統(tǒng)發(fā)生故障的因素，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要利用之前將530V衰減為5V直流的部分再設(shè)計一個電源電路，為芯片內(nèi)部所需要電源的模塊供電，使其正常運(yùn)行。根據(jù)TMS320F2812芯片內(nèi)核電源電壓為1.8V，ADC模塊的電源電壓為3.3V等，設(shè)計了一個電源電路，利用TI公司生產(chǎn)的TPS73HD318PW芯片，其兩路輸出均為固定值，分別為3.3V和1.8V，電路圖如圖3.9所示。圖3.9電源電路3.4.3復(fù)位電路的設(shè)計由于DSP控制器在上電后的狀態(tài)不能準(zhǔn)確確定，所以需要設(shè)計一個復(fù)位電路,本設(shè)計采用TPS3823-33復(fù)位芯片設(shè)計，其具有看門狗輸入和手動復(fù)位兩種功能，電路設(shè)計如圖3.10所示。其中I/O引腳可以是任意一個GPIO引腳。圖3.10復(fù)位電路3.4.4時鐘電路的設(shè)計由于DSP控制器為時序電路，需要提供時鐘信號才能正常工作。因為TMS320F2812芯片內(nèi)部帶有振蕩電路，因此只需在設(shè)計一個晶振電路與內(nèi)部振蕩電路連接就能構(gòu)成一個時鐘電路。設(shè)計這個晶振電路有兩種方法：一種是外加一個無源晶振，這種方法電路結(jié)構(gòu)簡單，接線也方便，并且所需的元器件較少，成本較低；另外一種是外加一個有源晶振，這種方法相對于前一種方法復(fù)雜，因此本設(shè)計采用無源晶振與芯片內(nèi)部的振蕩電路設(shè)計一個時鐘電路，如圖3.11所示。圖3.11時鐘電路3.4.5JTAG調(diào)試接口電路的設(shè)計TMS320F2812芯片具有JTAG接口，因此只需設(shè)計一個標(biāo)準(zhǔn)的JTAG仿真接口，與仿真器電纜相連就可以對DSP系統(tǒng)進(jìn)行代碼下載、實(shí)時仿真和調(diào)試等操作，體積較小，安裝容易，使用起來非常簡便。JTAG接口電路如圖3.12所示。圖3.12JTAG接口電路3.4.6外部擴(kuò)展存儲器的設(shè)計TMS320F2812芯片的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間大小為18K×16位，由于DSP系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量較大，因此需要在外部擴(kuò)展一個存儲器SRAM，本設(shè)計中采用IS61LV6416芯片，具有16根數(shù)據(jù)總線，16根地址總線，存儲空間大小為64K×16位。存儲器擴(kuò)展電路如圖3.13所示。16根地址總線分別接到TMS320F2812芯片的XA0-XA15上，16根數(shù)據(jù)總線分別接到TMS320F2812芯片的XD0-XD15上。圖3.13存儲器擴(kuò)展電路3.5輔助電源電路設(shè)計在變頻電源系統(tǒng)中，需要不同等級的直流電壓供電，DSP數(shù)字電路中需要5V電壓供電，模擬電路中需要±15V等不同電壓，因此需將提供的530DC變換為各路直流電壓輸出,設(shè)計一個開關(guān)電源裝置。本設(shè)計選用JS159-24開關(guān)電源設(shè)計，JS159-24產(chǎn)自上海嘉尚電子科技有限公司，是一款嵌入式級開關(guān)電源，工作溫度范圍較寬，可以在-10~70℃的環(huán)境溫度下工作，輸入和輸出有嚴(yán)格的絕緣隔離保護(hù)，使用時可以直接從所提供的530V直流母線上取作為輸入電壓，使用方便，其輸入直流電壓范圍為170V-700V，額定輸出功率可達(dá)60W，絕緣耐壓高達(dá)2500V，提供了9組輸出電壓，輸出電壓有一路5V，一路±15V，四路24V等電壓，輸出的四路24V電壓相互獨(dú)立，可以為系統(tǒng)中的運(yùn)放、DSP芯片和驅(qū)動芯片IR2106/S等供電，如圖3.14所示。圖3.14電源電路下表是對JS159-24開關(guān)電源管腳輸出的具體電壓的介紹。表3.1JS159-24的引腳輸出管腳輸出電壓說明V1，V1G輸出24V為驅(qū)動芯片IR2106/S供電V2，V2G輸出24V同上V3，V3G輸出24V同上V4，V4G輸出24V同上+5V輸出+5V為DSP芯片供電+15V輸出+15V輸出至運(yùn)放，為運(yùn)放OP07供電-15V輸出-15輸出至運(yùn)放，為運(yùn)放OP07供電GND接地P,N直流電源輸入端，P表示輸入直流電源正極，N表示輸入直流電源地，輸入范圍170-700V之間。3.6人機(jī)界面在實(shí)際應(yīng)用中，一般還需要利用TMS320F2812芯片上的GPIO引腳在系統(tǒng)中擴(kuò)展一些其他的外圍設(shè)備，用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口等功能。本設(shè)計擴(kuò)展了按鍵、和液晶模塊接口2種外圍設(shè)備。3.6.1按鍵按鍵是DSP系統(tǒng)的輸入設(shè)備之一，一般需要人機(jī)交互的DSP系統(tǒng)都必須得有按鍵。TMS320F2812芯片上有許多GPIO引腳，利用這些引腳實(shí)現(xiàn)按鍵功能是比較簡便，并且成本也低；使用GPIO引腳實(shí)現(xiàn)按鍵功能有獨(dú)立按鍵和矩陣鍵盤兩種方法，獨(dú)立按鍵編程比較簡單，而矩陣鍵盤變成比較復(fù)雜，因此選用獨(dú)立按鍵這種方法，如圖3.15所示。圖3.15獨(dú)立按鍵圖中R21~R22電阻大小均為100Ω，R25~R28大小均為10KΩ，使用時定義GPIO引腳為輸入方式，由于每一個GPIO引腳都對應(yīng)都接有一個上拉電阻，當(dāng)按鍵k1、k2、k3、k4都沒有按下時，讀取GPIO狀態(tài)都為高電平狀態(tài)；當(dāng)有按鍵按下并且讀取GPIO狀態(tài)時，該按鍵對應(yīng)的GPIO引腳就為低電平。因此可以通過GPIO引腳的狀態(tài)來判斷按鍵的狀態(tài)。3.6.2液晶模塊接口電路本設(shè)計系統(tǒng)中，需要顯示電壓、頻率等參數(shù)，需要設(shè)計一個液晶顯示模塊，由于TMS320F2812芯片自身沒有液晶驅(qū)動控制功能，所以當(dāng)我們選擇LCD時，應(yīng)該選擇帶有液晶驅(qū)動控制功能的LCD模塊，這種帶有驅(qū)動控制功能的LCD模塊又叫做LCM，本設(shè)計選用TG240128A圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它是深圳市歐普迪科技有限公司開發(fā)的，其工作電壓為+5V，具有液晶驅(qū)動控制功能，滿足所需要求。TG240128A圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊的像素為240×128點(diǎn)，內(nèi)部控制器為T6963C。TG240128A與DSPTMS320F2812芯片的連接電路圖如圖3.16所示。圖3.16TG240128A與TMS320F2812的連接電路圖

變頻電源系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計對變頻電源的性能有非常重要的作用，軟件設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)的功能有SVPWM波形的產(chǎn)生和AD采樣得到的電壓電流反饋信號實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)控制，空間矢量SVPWM波形的產(chǎn)生可以利用DSP通過軟件程序來實(shí)現(xiàn)。4.1TMS320F2812的集成開發(fā)環(huán)境DSPTMS320F2812芯片的集成開發(fā)環(huán)境是CCS（CodeComposerStudio），它是美國TI公司研發(fā)的，可以用在DSP系統(tǒng)的開發(fā)，其功能性非常強(qiáng)大，它提供了基本調(diào)試工具、代碼生成工具、可視化代碼編輯界面、斷點(diǎn)工具、和探針工具等，提供DSP/BIOS工具[31]，強(qiáng)化了對代碼的實(shí)時分析能力，能降低開發(fā)人員對DSP系統(tǒng)硬件知識的依賴性，CCS的代碼生成工具包括最基本的C編譯器、匯編器等，另外還提供了歸檔器、運(yùn)行支持庫、交叉引用列表器、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序等工具；CCS的代碼調(diào)試工具有軟件開發(fā)系統(tǒng)SWDS、C語言和匯編語言源碼調(diào)試器、初學(xué)者工具DSK等工具。圖4.1概括了DSP系統(tǒng)開發(fā)的整體流程，它能更好的幫助理解如何使用CCS集成開發(fā)環(huán)境的各個功能部件。圖4.1DSP系統(tǒng)軟件開發(fā)流程4.2控制系統(tǒng)軟件整體設(shè)計軟件整體設(shè)計包括SVPWM波的產(chǎn)生程序、PI算法調(diào)節(jié)程序、人機(jī)交互模塊程序的設(shè)計（鍵盤模塊和顯示模塊）和A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計等。4.2.1主程序設(shè)計DSPTMS320F2812芯片在剛開始工作時，許多寄存器的初值我們不能確定，所以最開始就需要將整個芯片進(jìn)行初始化。主程序的主要工作就是對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2主程序流程圖4.2.2中斷子程序的設(shè)計中斷請求信號會使CPU暫停當(dāng)前執(zhí)行的主程序，然后去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。定時器下溢中斷服務(wù)程序?qū)φ麄€系統(tǒng)的性能有非常大的影響。中斷服務(wù)程序主要包括輸出電壓電流瞬時值的采樣計算、PI反饋調(diào)節(jié)和空間矢量脈寬調(diào)制等。將定時器工作設(shè)定在連續(xù)增減計數(shù)模式,由定時器的下溢事件來觸發(fā)中斷,該中斷中包括A/D轉(zhuǎn)換、輸出交流電壓和電流模擬信號采集實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)控制、以及數(shù)字化PI控制算法和SVPWM子程序產(chǎn)生脈沖等。定時器中斷程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3定時器中斷程序流程圖4.2.3A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計本設(shè)計中通過傳感器采樣的電壓電流等模擬量需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，TMS320F2812芯片的AD模塊有16個通道，可以將其分為兩組轉(zhuǎn)換通道，并且兩組通道互相獨(dú)立工作，互不影響，是系統(tǒng)工作效率更高，本設(shè)計利用事件管理器的定時器下溢信號作為A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源。A/D轉(zhuǎn)換子程序的流程圖如圖4.4所示。圖4.4A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.2.4PI控制子程序的設(shè)計PI控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制，即電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)，PI控制又叫比例-積分控制，能夠極大地改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性，降低穩(wěn)態(tài)誤差，其輸出信號u(t)同時成反比例的反應(yīng)輸入信號e(t)及其積分，其模擬量表達(dá)式為：（4.1）式中，為可調(diào)比例系數(shù)，為可調(diào)積分時間常數(shù)[32]；調(diào)整其可調(diào)積分時間常數(shù)，使它大于系統(tǒng)不可變部分的時間常數(shù)T，可以保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于DSP系統(tǒng)處理的是數(shù)字量，通過傳感器采樣得到的電壓和電流是模擬量，因此需要將上式（4.1）進(jìn)行離散化，離散化后得到的表達(dá)式為：（4.2）式中，u（k）為第k次采樣時PI調(diào)節(jié)器的輸出，T為采樣周期。根據(jù)上式（4.2）可以遞推出u（k-1）的表達(dá)式，（4.3）將（4.2）式和（4.3）式相減可以得到的表達(dá)式，(4.4)令，將(4.3)式和（4.4）式相加即可得到的表達(dá)式，（4.5）在算法中需要對PI調(diào)節(jié)輸出的電壓值限定在一定范圍內(nèi),使實(shí)際輸出的電壓值保持在在逆變器可輸出的最大值和最小值的范圍之間。PI控制的流程圖如圖4.5所示。圖4.5PI控制算法流程圖4.2.5空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM子程序的設(shè)計空間矢量PWM