基于DSP的逆變電源控制系統設計

1 前 言

由于電力，通信、航空以及大型信息、數據中心等行業高端設備對供電電源系統容量和質量的要求越來越高，其中“大容量”、“高可靠性”和“不間斷”供電的特征，集中體現了高端設備對其動力系統共同和基本要求。本文探討了基于DSP的逆變電源并聯控制系統。文章的創新之處是實現多個逆變器模塊的并聯供電電源系統，以滿足不同的負載功率及供電可靠性要求。逆變電源并聯控制技術的研究具有深遠的社會影響和社會效益。

2 基于DSP 的逆變電源并聯系統分析和設計

2.1 單逆變電源模塊分析與硬件設計

在并聯式分布電源系統中，首先必須盡量保證模塊間的一致性：每個模塊良好的負載特性和穩定；為了滿足這樣的要求，逆變器主電路的結構不斷變化更新，高頻軟開關技術也廣泛地應用到DC/AC逆變電源中。

高頻脈沖直流環節逆變器是基于諧振直流環節逆變器的原理提出的一種新的結構。該逆變器既能夠實現輸入和輸出之間的電氣隔離，又能夠實現逆變橋功率管的零電壓開關。

圖1 逆變器的主電路圖

（1） 逆變器主電路

逆變器主電路如圖1所示。主電路由3部分組成：交錯并聯正激變換電路、吸收電路和全橋逆變電路。

（2）保護電路以及輸出濾波器的設計

本系統中，采用了濾波電感作為過流保護，如圖1所示，濾波電路由Lr1、 Lr2和Cr組成。在直直變換器和吸收電路之間串接濾波電感Lr1和一個較小的電容Cr，在逆變橋輸出端另外在串接另一個小電感Lr2。電壓反饋檢測點取至電感Lr1前面，這樣可以起到限流作用。同時，濾波電感又處在電流滯環控制中，一方面起漣波作用，另一方面在電流環中起積分器作用。若Lr1取值過大，將影響：①電流跟蹤速度、減緩系統動態響應速度；②導致輸出電壓穩態精度降低；③增加系統的體積、重量和成本。電感電流的變化率須大于給定電流的變化率，才能保證電感電流跟蹤上給定電流，據此推得下式：

Lr1＜（Ubmax－Uomax sin a）／IgmaxWo

式中a――感性負載的功率因數角
Ubmax――脈沖電壓Uab的最大峰值
Uomax――輸出電壓的峰值

如果Lr1取值太小，電感電流的脈動量增大，輸出電壓的質量會受影響，因而必須限制電感電流的最大變化量。經過計算和試驗電路參數選擇如下：Lr1＝15mH、Lr2＝3mH，Cr＝220nF。

2.2 控制部分的電路設計和分析

控制部分的電路主要由一片數字信號處理器（TMS320LF2407A）和脈寬調制專用集成芯片UC3524構成。

（1）數字信號處理器（TMS320LF2407A）的介紹

本系統各逆變模塊采用美國TI公司的數字信號處理器MS320F2407A，屬于TI公司的TMS320C2XX系列。從數據傳輸預處理的實時性、快速性以及性能價格比等方面考慮，本系統選用了TMS320F2407A。

（2）SPWM波形的產生

在本設計中仍然采用專用脈寬調制集成芯片UC3524產生SPWM波形。

圖2 逆變模塊控制原理圖

由上圖2可知：DSP通過高速D／A轉換器向UC3524發送標準的半正弦調制波（參考信號），限流參考信號以及載波同步控制信號等控制量。以此來調節SPW調制波形；在圖的左部分，直直變換電路和脈寬調制芯片UC3524通過電壓、電流反饋構成了一個雙閉環系統，這是單個逆變器SPWM生成和穩壓控制策略的核心。這樣能保證DSP還有大量的系統資源（系統時間）進行各種控制算法以及模塊間數據傳輸，完成并機功能。