小功率智能化中頻逆變電源的研制

摘要：研制一種基于TMS320LF2407A數字信號處理器和PS21964智能功率模塊(IPM)的智能化SPWM中頻逆變電源控制系統。對中頻逆變電源的功率主電路、控制電路以及保護電路等進行了詳細闡述。實現了中頻逆變電源小型化和高性能的技術要求。
關鍵詞：中頻逆變電源；DSP；SPWM；IPM

0 概述
在武器裝備電氣系統中，400Hz中頻逆變電源是其廣泛使用的電源之一。在對其綜合電氣系統中的各電氣設備進行性能測試與故障診斷時，需要400Hz中頻逆變電源為其提供真實的模擬工作環境，以完成信號的采集與處理，從而判斷出系統的工作狀態，對所發生的故障進行精確定位。現有的400Hz中頻逆變電源因其體積較大，不能滿足測試設備小型化的要求，因此，我們研制了一種小功率智能化中頻逆變電源，將其放在測試設備內部，減小了測試設備的體積，提高了測試設備的可靠性。

1 系統硬件設計
圖1為中頻逆變電源硬件原理圖。

1．1 整流濾波電路
整流濾波電路是將220V、50Hz交流電通過全橋整流與電容濾波后得到311V直流電供給逆變電路中的IPM模塊，為其提供直流母線電壓。整流橋選用KBL608全橋整流模塊，電容濾波器選用2只450V、470 μF的電解電容并聯。
1．2 逆變電路
逆變電路選用三菱公司的PS21964智能功率模塊。該模塊具有以下特點：1)逆變橋采用第5代平面型IGBT和CSTBT功率芯片，損耗更低；2)采用自舉電路結構，可單電源驅動；3)內置專用HVIC，可直接由DSP驅動；4)輸入接口電路采用高電平驅動，增強了模塊自保護能力；5)具有短路和控制電源欠壓保護，6)體積小，只有38×24×3．5mm。
由于電源設計輸出為單相交流電，而PS21964模塊內部為三相逆變橋，故在電源設計時，選用其中兩相(U、V)。PS21964模塊既可單電源驅動，又可多電源驅動，設計時采用多電源驅動方式。在電路中，R18為電流檢測電阻，實現短路保護；R12、C5為濾波電路；由于PS21964模塊的故障輸出端為漏極開路型，因此增加了R13上拉電阻。
1．3 中頻變壓器與中頻濾波電路
中頻變壓器采用R型400Hz鐵芯，銅制漆包線繞制，變比為1．05：1。由于系統中的載波頻率為12kHz，因此中頻濾波器的截止頻率選為2kHz，借助中頻變壓器的漏感，根據計算公式計算可得濾波電容值為20μF，故選用耐壓值為600V的CBB電容。
圖2中頻逆變電源主電路

1．4 電壓反饋電路
電壓反饋電路是將輸出電壓調理后反饋給DSP的A／D轉換端以實現電壓平均值閉環反饋控制。
由于輸出電壓為115V、400Hz交流電，首先利用變壓器將輸出電壓將變為0～5V的電壓信號，經全橋整流、電阻分壓后反饋到DSP的ADCIN 01腳。如圖3所示。

1．5 DSP控制電路
TMS 3 2 O L F 2 4 O 7 A D S P控制電路主要由TMS320LF2407A芯片子系統和供電電路組成。TMS320LF2407A芯片子系統主要包括時鐘、復位、外部存儲、JTAG仿真接口等電路，其設計時可參考產品手冊推薦電路進行選擇。系統設計時，采用EVA事件管理器模塊的PWM1～PWM4輸出4路PWM波信號。