基于ARM7和DSP的逆變電源設計研究

在電氣智能化發展無處不在的今天， 無數用電場合離不開逆變電源系統（ Inverted Pow er Supply System,IPS） 為現場設備提供穩定的高質量電源，特別在如通信機房、服務器工作站、交通樞紐調度中心、醫院、電力、工礦企業等對電源保障有苛刻要求的場合。許多IPS產品因遵循傳統設計而不符合或落后于現代電源理念，突出表現為控制模塊的單一復雜化，控制器芯片落后且控制任務繁重， 模擬閉環控制而得不到理想的監控和反饋調節效果， 并由此帶來單個控制設備軟硬件設計上的隱患， 這對IPS 電源輸出造成不利影響， 甚至對用電設備因為供電故障而導致災難性后果。數字化控制技術日趨成熟，而且在某些領先理念的電源設備控制應用場合得到應用， 凸顯出模塊化、數字化控制已成為一種必然的趨勢。

本文描述了基于ARM7 Cortex-M3 的單片機STM32F103 和T I C2000 系列DSP 芯片TMS320F2808 聯合控制的IPS 核心控制電路， 針對上述產品中的不足而提出了改進。所設計的IPS 核心控制電路通過測試仿真及現場測試結果證明， 這種新型IPS 設計改善了IPS 結構設計， 滿足IPS 運作的高要求，而且豐富了遠程監控等人機交互接口， 從而也間接多方面節約用戶的管理成本。

1 逆變電源整體介紹

為滿足電源敏感性設備對逆變電源的要求， 目標IPS 采用本次設計的電路作為核心； 以高速數字信號微處理器（ DSP TMS320F2808） 及外圍器件作為信號產生及反饋檢測調整模塊； 以ARM7 單片機ST M32F103及其外設作為人機交互邏輯控制模塊， 兩個模塊交互協同控制。應用硬件自反饋調節SPWM 波形輸出， 采用DSP 數字化算法提供高精度鎖相技術。軟件編程進行全數字化分任務模塊控制， DSP 模塊執行IGBT逆變所需的控制波形產生、反饋調節、鉛酸蓄電池充電波形產生及調節、自檢和自偵測功能，對電路板上所有獨立電路連接進行自檢和故障分析等功能。而ARM7 模塊執行參數設定、運行管理、環境參數監控和人機交互處理等任務。DSP 模塊控制力求精準， ARM 模塊則具備完善的系統級事件管理功能。如圖1 所示， 兩個模塊在任務上相互獨立而又緊密聯系，分工協調共同維護IPS 的正常運轉。

圖1 IPS 逆變原理框圖