一款基于DSP的三相SPWM變頻電源電路的設計

圖6定時器周期中斷流程圖

A/D采樣子程序

主要完成線電流采樣和線電壓采樣。為確保電壓與電流信號間沒有相對相移，本部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采樣方式。為提高采樣精度，在A/D中斷子程序中采用均值濾波的方法。

對A相電壓和電流A/D的同步采樣部分代碼如下：

interrupt void adc_isr（void）

{

if（counter==0）

{

receive_a0_data[i++] = AdcRegs.ADCRESULT0>>4；//右移四位

receive_b0_data[j++] = AdcRegs.ADCRESULT1>>4；//右移四位

}

if（counter>=1）

{ //對結果取平均，平滑濾波

receive_a0_data[i++] = （receive_a0_data[i0++]+（AdcRegs.ADCRESULT0>>4））/2；

receive_b0_data[j++] = （receive_b0_data[j0++]+（AdcRegs.ADCRESULT1>>4））/2；

}

if（i==512） {i=0；i0=0；}

if（j==512） {j=0；j0=0；counter++；}

AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1 =1；//復位排序器

AdcRegs.ADCST.bit.INT_SEQ1_CLR = 1；//清中斷標志位

PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1；//開中斷應答

}

數據處理算法

本系統主要用到以下算法：（1）SVPWM算法（2）PID調節算法（3）頻率檢測算法

SVPWM算法

變頻電源的核心就是SVPWM波的產生，SPWM波是以正弦波作為基準波（調制波），用一列等幅的三角波（載波）與基準正弦波相比較產生PWM波的控制方式。當基準正弦波高于三角波時，使相應的開關器件導通；當基準正弦波低于三角波時，使相應的開關器件截止。由此，逆變器的輸出電壓波形為脈沖列，其特點是：半個周期中各脈沖等距等幅不等寬，總是中間寬，兩邊窄，各脈沖面積與該區間正弦波下的面積成比例。這種脈沖波經過低通濾波后可得到與調制波同頻率的正弦波，正弦波幅值和頻率由調制波的幅值和頻率決定。

圖7不規則采樣法生成SPWM波原理圖

本文采用不對稱規則采樣法，即在三角波的頂點位置與低點位置對正弦波進行采樣，它形成的階梯波更接近正弦波。不規則采樣法生成SPWM波原理如圖7所示。圖中，Tc是載波周期，M是調制度，N為載波比，Ton為導通時間。

由圖7得：

當k為偶數時代表頂點采樣，k為奇數時代表底點采樣。

SVPWM算法實現過程：

利用F28335內部的事件管理器模塊的3個全比較單元、通用定時器1、死區發生單元及輸出邏輯可以很方便地生成三相六路SPWM波形。實際應用時在程序的初始化部分建立一個正弦表，設置通用定時器的計數方式為連續增計數方式，在中斷程序中調用表中的值即可產生相應的按正弦規律變化的SPWM波。SPWM波的頻率由定時時間與正弦表的點數決定。

SVPWM算法的部分代碼如下：

void InitEv（void）

{

EALLOW；

GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x00FF；

EDIS；

EvaRegs.EVAIFRA.all = 0xFFFF；//清除中斷標志

EvaRegs.T1PR= 2500；//定時器1周期值；定時0.4us*2500=1ms

EvaRegs.T1CMPR = XPWM；//比較值初始化

EvaRegs.T1CNT = 0；EvaRegs.T1CON.all = 0xF54E；//增模式；TPS系數80M/32=2.5M；T1使能；

EvaRegs.ACTR.all = 0x0006； //PWM1，2低有效

EvaRegs.DBTCONA.all = 0x0534； //使能死區定時器1，分頻80M/32=2.5M，死區時

//間5*0.4us=2us

EvaRegs.COMCONA.all = 0xA600； //比較控制寄存器

EvaRegs.EVAIMRA.all = 0x0080；

}

PID調節算法

在實際控制中很多不穩定因素易造成增量較大，進而造成輸出波形的不穩定性，因此必須采用增量式PID算法對系統進行優化。PID算法數學表達式為

Upresat（t）= Up（t）+ Ui（t）+ Ud（t）

其中，Up（t）是比例調節部分，Ui（t）是積分調節部分，Ud（t）是微分調節部分。

本文通過對A/D轉換采集來的電壓或電流信號進行處理，并對輸出的SPWM波進行脈沖寬度的調整，使系統輸出的電壓保持穩定。

PID調節算法的部分代碼如下：

float PIDCalc（ PID *pp， int NextPoint ）

{

int dError，Error；

Error=pp->SetPoint*10-NextPoint； //偏差

pp->SumError+= Error； //積分

dError=pp->LastError-pp->PrevError； //當前微分

pp->PrevError = pp->LastError；

pp->LastError = Error；

return

（（pp->Proportion） * Error //比例項

+ （pp->Integral） * （pp->SumError） //積分項

+ （pp->Derivative） * dError）； //微分項

}

頻率檢測算法

頻率檢測算法用來檢測系統輸出電壓的頻率。用TMS320F28335片上事件管理器模塊的捕獲單元捕捉被測信號的有效電平跳變沿，并通過內部的計數器記錄一個周波內標頻脈沖個數，最終進行相應的運算后得到被測信號頻率。

實驗結果

測量波形

在完成上述硬件設計的基礎上，本文采用特定的PWM控制策略，使逆變器拖動感應電機運行，并進行了短路、電機堵轉等實驗，證明采用逆變器性能穩定，能可靠地實現過流和短路保護。圖8是電機在空載條件下，用數字示波器記錄的穩態電壓波形。幅度為35V，頻率為60Hz.

圖8輸出線電壓波形

測試數據

在不同頻率及不同線電壓情況下的測試數據如表1所示。

表1不同輸出頻率及不同線電壓情況下實驗結果

結果分析

由示波器觀察到的線電壓波形可以看出，波形接近正弦波，基本無失真；由表中數據可以看出，不同頻率下，輸出線電壓最大的絕對誤差只有0.6V，相對誤差為1.7%.

結束語

本文設計的三相正弦波變頻電源，由于采用了不對稱規則采樣算法和PID算法使輸出的線電壓波形基本為正弦波，其絕對誤差小于1.7%；同時具有故障保護功能，可以自動切斷輸入交流電源。因此本系統具有電路簡單、抗干擾性能好、控制效果佳等優點，便于工程應用，具有較大的實際應用價值。