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基于DSP的三相逆变器的实现

逆变器能够向用户提供高质量的交流电源。目前由于新的技术和工艺的不断推陈出新，逆变器的技术性能指标已有明显改进和提高。但是目前市场上的通用变频器大多是恒压频比的，不能满足特殊场合的需要。本课题设计一种频率和电压可以分别步进的变频器，采用DSP芯片TMS320F2812及先进的MOSFET驱动脉宽调制技术，以提高逆变器的可靠性，可满足特殊的需要。

1、系统方案及硬件电路

本系统要求输出的频率是20～200Hz，且频率和电压都可以步进。用SPWM控制算法时的铂金电压利用率只能达到0．75左右(交流有效值比直流电压)，应用时再视具体的要求可以在前而加升压电路。

本设计实现的主要功能是在电电压波动的情况下能输出稳定的三相正弦波，并且要求频率、电压可以步进，同时显示频率和电压有效值。系统框图如图1所示。整流滤波电路采用二极管全波整流和大电容滤波，逆变主电路采用经典的三相全桥逆变电路，选择快恢复型二极管续流，负载为三相对称负载。主电路如图2所示。

以下重点介绍隔离驱动电路。光电隔离电路如图3所示，DSP输出信号为3．3V，驱动能力差，加一个非门起驱动的作用。光耦采用的是高速光耦6N135，其标称速度为1M。上图中INI为DSP输出的信号，DSP信号的地与光耦的地是分开的。DSP共输出6路PWM信号，驱动6个开关管。

驱动电路图如图4所示。主电路采用全控器件MOSFET IRFP460，该器件耐压可达到500V，最大可承受20A的电流，该器件在内部并联了续流二极管(在电路图上未画出)。驱动芯片采用国际整流器公司的IR2130，该芯片是专门用来驱动IGBT和N沟道MOSFET的。它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和指示络，使用户可方便的用来保护被驱动的功率管，加之内部自举电容技术的巧妙运用使其可用于高压系统，它还可对同一桥臂上下2个功率器件的门极驱动信号产生曲微秒互锁延时时间。电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用，亦可只用采取该系统对建筑物进行改造比传统方法更具本钱效益其内部的3个低压侧驱动器，并且输入信号与TTL及COMS电平兼容。

输出信号经过反相器到光耦，当DSP输出高电平时，光耦输出低电平，IR2130输出高电平，IRFP460导通，相反，当DSP输出低电平时，IRFP460关断。从DSP输出PWM波即可控制六个功率管的通断，实现逆变功能。

本系统要求显示频率，用捕获按装备的构造和使用情势单元可以很好的解决这个问题。输入捕获单元可用于精确捕获一个外部事件的发生，并为其赋予事件标记。当捕获引脚的电位发生变化时(上升沿或下降沿)，输入捕获就被激发，此时计数器的值就会被记录下来，同时产生中断。当下一个跳变到来时，DSP依然把计数器的值记下，两次计数器的值之差乘以计数时钟频率就时周期了，就可以准确的计算出周期。对频率的捕获和计算都在是捕获中断中实现的。

2、SPWM控制算法和频率幅值的步进

产生SPWM波的原理是：用一组等腰三角波与一个正弦波进行比较，其相交的时刻(即交点)作为开关管“开”或“关”的时刻，这组等腰三角形波称为载波，而正弦波称为调制波(如图 5所示)。正弦波的频率和幅值是可控制的，改变正弦波的频率，就可以改变电源输出电压的频率，改变正弦波的l旧值，也就改变了正弦波与载波的交点，使输出脉冲系列的宽度发生变化，从而1、前言改变电源输出电压的大小。

利用DSP的事件管理器实电子枪现PWM，载波就是DSP的计数器的值，通过设置为连续递增递减模式，改变周期寄存器的值就可以改变载波的频率。调制波的实现就是固化一个正弦函数表(正弦点数由你的控制精度决定)。在DSP中，正弦表的生成是采用规则采样法得到的，通过正弦表来设置比较寄存器的值（正弦表的值乘以周期寄存器的值)，使PWM占空比按正弦规律变化。如果想改变频率就改变PWM的周期，想改变l峭值就在正弦表上乘以一个系数。控制PWM周期的改变多少，就可以实现频率的步进；正弦表乘以一个合适的系数，就可以实现幅值的步进。本设计最后输出的频率为20～100Hz，在50Hz以下可以输出240个点，50Hz以上可以输出120个点(3的倍数)，这样在就座椅可以保证失真度在百分之五以内，并且谐波系数小。

为了提高PWM的输出质量和可靠性，一些模拟电路和数字电路的PWM都通过专用集成电路芯片来实现，但这些芯片的价格比较高，并且工作不稳定。本设计采用德州仪器T卡丁车MS320F28 12内部自带的事件管理器模块中的比较单元，通过规则采样SPWM算法来输出高精度的三相PWM波形，从而实现逆变器的SPWM控制，实验证明，这种办法简单可行。

软件设计的时候，在计数器比较中断的时候重装比较寄存器的值，这样保证了不会漏掉比较中断，并且实现比较容易。比较寄存器的值是通过Pl算法来获得的，Pl算法获机械装备从本质上都是1样的得一个合适的占空比，在乘以周期寄存器的值就得到了比较寄存器的值。

3、软件设计

本设计有多处用到中断的地方，用中断来实现，大大节约了CUP的资源开销。主函数的流程图如图 6所示。

键值的读取和显示用的多个中断，之所以选用SPI与7289通讯，是因为DSP是高速设备，7289是低速设备，如果直接通讯会大大浪费资源，所以选用DSP的外设与其通讯。有键按下的时候就启动外部中断，在外部中断中启动SPl发送读键盘指令，并在SPI接受中断中读取键值。发送显示命令和数据也是通过SPI来实现的，大大节约了DSP资源开销.

由于电是波动的，要求输出的三相交流电是稳定的，并且频率和电压都可以步进，就采用的PI算法来稳定其输出。PI算法的输入是设定值与实际测量值的差值，输出是PWM的占空比。

关键代码如下：

if(err deadband||err -deadband)11设定其作用范围

{ pterm=pgain*err；//比例项

if(pterm 0.5||pterm -0.5)//设定的范围

integral=0.0；

else

{integral+=igain*err；//积分项

if （integral 0．9)//积分范围

integral=0．9：

else if(integral 0.0) integral=0.0；}

result=pterm+integral； }//结果输出

if(result 0) result=0；

if(result 1) result=1；

4、试验波形与结论

经实验证明本方案可行，系统运行稳定。通过键盘设定诩制波频率为50Hz，用数字示器测量PWMI／CMPI引脚，所得实验波形如图 7所示。