精密交流電源中的數字控制分析

頻率控制碼：K=fo＊224/fclk（fo，fclk分別為D/A輸出和計算機時鐘的頻率）每累加一次，將相位累加器的低8位舍去后作為相位地址傳給下位機，下位機再依此地址在64k（216）EEPROM中取數送D/A輸出。當相位累加器的第8位沒有發生變化（進位加1），則仍保持上一次的地址值輸出（相當于四舍五入），而下位機也仍然取同一地址中的值輸出。通過四舍五入的辦法用最近的點代替實際輸出，精度上能符合要求，且大大簡化了程序，并且用較小的存儲空間實現了高精度的波形合成，將輸出分辨率提高到fmin===0.0006Hz，比原來增加了250多倍。圖4為波形合成的系統結構。

圖4 DDS實 現 的 系 統 結 構

由上位機（CPU）根據工控機傳送來的工作參數，按DDS原理進行計算，得到各點的相位地址，通過雙口RAM送給下位機。同時將相應幅值通過D/A-Ⅱ輸出作為下位機D/A-Ⅰ的參考電壓。下位機（CPU）D/A-Ⅰ以一定的刷新頻率（時鐘頻率）對各路進行查表，輸出所需要的可調幅、調頻、調相的正弦波形。正弦波數據被存在空間大小為32k的EEPROM中（實際存儲1/2周期波形）。

2.4 提高精度的其它手段

1）利用數字電位器為DC/DC變換器提供參考信號，產生協調直流母線電壓的控制信號。XICOR公司的X9241數字電位器具有四個非易失性數控電位器，利用I/O口模擬I2C總線，能十分方便地對主電路母線電壓進行調節。目前本文實驗的交流輸出幅值（x）與數字電位器輸出值（y）之間的關系為y=ax＋b，輸出的直流給定信號與交流輸出成線性關系，使逆變級母線電壓與輸出值隨時匹配，大幅壓縮了輸出級的開關紋波。輸出偏置值b使得輸出低電壓、電流值時母線電壓仍能保證輸出級正常工作。

2）利用切換傳感器采樣電阻可以改變采樣范圍，對輸出進行分級管理。通過8255擴展I/O口設置分檔標志，將輸出分成若干檔。例如，三相可調電壓源輸出范圍為2～100V，則根據精度要求分為兩檔，2～30V和30～100V。本系統幅度控制D/A分辨率為212，每檔分辨率均可達到1/212，即調節細度最小能達到0.0005V。將單片機資源和硬件電路資源充分結合，大大提高了系統調幅精度。

3 實驗結果

3.1 電源達到的技術指標

1)頻率范圍 0.2～400Hz，調節細度1‰；
2)相位范圍 0°～360°，調節細度0.01°；

3)電壓輸出 3相，2～100V，調節細度1‰；

4)電流輸出 3相，0.2～35A，調節細度1‰；

5)總畸變率 2％。

3.2 輸出波形

設實驗參數為：時鐘頻率fclk=10kHz，32k空間EEPROM存儲半個正弦波點值。

兩組實驗波形如圖5所示，圖5（a）表示調幅、調相（相移90°）及調頻（步進量為0.01Hz）波形，圖5（b）表示不同頻率輸出波形。

a) 不 同 相 位 、 幅 度 、 頻 率 波 形

b) 不 同 頻 率 波 形

圖 5 實 驗 波 形

這些信號被成功地應用于1kWSPWM的電壓源和電流源變換器。

4 結語

本精密數控交流電源，利用DDS原理合成正弦波，并采取虛擬空間法，將時間上所面臨的問題轉化到內存空間上進行處理，只需選取一定的存儲空間，就可以極大地提高AC電源的頻率和移相精度；幅值由專門的D/A控制，使調節細度也得到了很大提高；母線電壓的跟隨調節與采樣電壓分級調節均有效地利用了軟、硬件資源，使系統性能大有改善。由于采用了一系列新技術，使裝置精度大大提高。

該精密交流開關電源體積小，精度高，適用于電力系統繼電保護電路的儀器、儀表的校驗，具有很好的應用前景。