基于TMS320F2812的高頻鏈逆變器控制系統

摘要：采用全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的拓撲結構，并對此逆變系統進行了研究和設計。該逆變器以TI公司生產的TMS320F2812芯片為控制核心，詳細介紹了DSP外圍調理電路的硬件設計方案及軟件實現方式，在采用電壓瞬時值反饋的單閉環控制方式的基礎上使逆變器實現了能量的雙向流通。整個電路的控制由一片TMS320F2812芯片完成，實現了電源的全數字化控制。最后制作了容量為250 VA的實驗樣機，實驗結果驗證了該逆變器及其控制方式的可行性和有效性。
關鍵詞：逆變電源；高頻鏈逆變器；TMS320F2812；SPWM

0 引言
隨著逆變技術的不斷發展，高頻鏈逆變器在航空、電信、軍事等領域的應用越來越廣泛。與傳統的逆變技術相比，高頻鏈逆變技術應用高頻變壓器代替傳統的工頻變壓器，有體積小，重量輕，轉換效率高等優點，因此應用前景廣泛。高性能數字信號處理(DSP)芯片的出現和控制理論的普遍發展，使得逆變電源朝著全數字化、智能化方向發展。本文以TMS320F2812高性能DSP控制器為核心，設計了高頻鏈逆變器的控制系統及部分硬件電路，該逆變電源的主電路采用全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的拓撲結構，選擇電壓瞬時值反饋的單閉環控制方案，可實現能量的雙向流通。實驗結果表明了該控制策略的可行性及有效性。

1 高頻鏈逆變電源的拓撲和原理
全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的主電路拓撲結構如圖1所示，它由高頻逆變器、高頻變壓器和周波變換器3部分組成。工作時，按能量傳遞方向來看，該逆變器工作在兩個不同狀態。當輸入電源向負載傳遞功率時，高頻鏈逆變器將直流電壓能源變換為脈動的電流能量存儲在儲能式高頻變壓器中，周波變換器將該高頻脈動電流低頻解調，經濾波后得到低頻交流電，供電給負載。負載向輸入電源回饋能量時，高頻逆變器工作在整流狀態，周波變換器工作在調制狀態。

全橋雙向電流源高頻鏈逆變器是以反激式(Flyback)功率變換器的拓撲結構為基礎的。按照輸出電壓uo和輸出電流io的極性劃分，該逆變器具有4種工作模式A，B，C，D，每一種工作模式的結構拓撲都相當于一個Flyback功率變換器，而且對于不同的負載，逆變器的工作模式順序不同。
當uo>0，io>0時，逆變器工作在模式A，VM1和VM4高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM1，VM4，VM5，VD6，C，Z構成一個Flyback變換器，電源Ui向負載Z傳輸能量。
當uo0，io>0時，逆變器工作在模式B，VM5高頻斬波，VM6常通。Li，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構成一個Flyback變換器，負載Z向電源Ui回饋能量。
當uo0，io0時，逆變器工作在模式C，VM2和VM3高頻斬波，VM6常通。Ui，L1，L2，VM2，VM3，VM6，VD5，C，Z構成一個Flyback變換器，電源Ui向負載Z傳輸能量。
當uo>0，io0時，逆變器工作在模式D，VM6高頻斬波，VM5常通。Ui，L1，L2，VM5，VM6，VD1，VD2，VD3，VD4，C，Z構成一個Flyback變換器，負載Z向電源Ui回饋能量。
當逆變器帶感性負載時，輸出電流的基波分量io落后于輸出電壓uo，其控制原理波形如圖2所示。從圖中可以清晰地看到，控制原理波形與上述4種工作模式是一一對應的。逆變器工作順序為A→B→C→D。