基于TMS320F2812的超磁致伸縮換能器驅動電源設計

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要用于產生控制波形SPWM信號，同時軟件實現過流保護和頻率跟蹤。

3.1 過流保護和頻率跟蹤

系統的過流保護功能是通過DSP軟件控制實現的，當采樣換能器的工作電流大于規定的額定電流時，停止DSP事件管理器的SPWM信號輸出以達到保護系統的功能。頻率跟蹤可轉換為搜索工作電流的最大值，最終將換能器的工作點設定在電流最大處，原因是諧振狀態下換能器阻抗最小，回路電流最大。如果換能器的諧振頻率發生偏移，電流將因系統失諧而減小，電流搜索程序流程圖如圖6所示。

3.2 SPWM波形的生成

SPWM波主要用于控制逆變橋各功率場效應管的開關狀態，通過調節SPWM波可改變逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。通過分析SPWM波原理，其波形生成算法采用具有較高精度且計算量適中的直接面積等效法，而其調制方法采用優化的混合脈寬調制方式。混合脈寬調制方式是單極性脈寬調制方式的一種變形，是為了達到較理想的正弦輸出波形，同時又希望減小開關損耗，且工作方式基本對稱。與一般的單相單極性SPWM調制方式不同的是，它并不是固定其中一個橋臂為高頻臂，另一個橋臂為低頻臂，而是每半個調制波周期切換一次，即同一個橋臂在前半個周期工作在低頻，后半個周期工作在高頻。這種調制方式使每個橋臂輪流工作在高頻狀態下，使功率管工作得到均衡，增強了可靠性。針對半橋型逆變電路，其控制波形如圖7所示。

程序中，使用查表法生成所需的SPWM脈寬數據表，其根據不同的調制度和正弦調制信號的角頻率，離線計算出各開關器件的通斷時刻，運行時查表讀出需要的數據，從而進行實時控制。SPWM波輸出程序流程圖如圖8所示。

4 實驗測試與分析

試驗中，首先測試DSP輸出的控制信號SPWM波形，如圖9(a)所示。示波器的兩個通道同時顯示了半橋型逆變器兩個開關管的控制信號，與設計波形一致。再次測量換能器兩端的工作電壓波形，如圖9(b)所示。在此設定的頻率為20 kHz，從示波器中可清楚看到為20 kHz的高頻正弦波，故其輸出波形的穩定度高，失真度小。

在驅動電源效率測試環節中，在電阻特性(匹配網絡后的換能器整體阻抗表現為純電阻)下，電源效率在75%以上，利用率較高，同時頻率跟蹤網絡始終使換能器工作在電流最大狀態。

5 結論

文中基于DSP芯片TMS320F2812設計了一種驅動稀土超磁致伸縮換能器的逆變電源系統，其中結合混合脈寬調制方法實現SPWM波形，并對逆變電路、隔離驅動電路、濾波匹配電路和反饋電路等進行了合理而有效的設計，保證了驅動電源對超磁致伸縮換能器的驅動效能，同時采用電流控制頻率的方法進行諧振頻率的自動跟蹤。實驗證明，該驅動電路輸出頻率穩定，波形失真度低，且能量轉換效率較高，具有一定的工程應用前景。