基于TMS320F2812的高頻鏈逆變器控制系統(tǒng)

　　本文以TMS320F2812高性能DSP控制器為核心，設(shè)計了高頻鏈逆變器的控制系統(tǒng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇電壓瞬時值反饋的單閉環(huán)控制方案，可實現(xiàn)能量的雙向流通。實驗結(jié)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?fù)浜驮?/p>

　　全橋雙向電流源高頻鏈逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(tài)。當(dāng)輸入電源向負(fù)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(diào)，經(jīng)濾波后得到低頻交流電，供電給負(fù)載。負(fù)載向輸入電源回饋能量時，高頻逆變器工作在整流狀態(tài)，周波變換器工作在調(diào)制狀態(tài)。

　　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?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)拓?fù)涠枷喈?dāng)于一個Flyback功率變換器，而且對于不同的負(fù)載，逆變器的工作模式順序不同。

　　當(dāng)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(gòu)成一個Flyback變換器，電源Ui向負(fù)載Z傳輸能量。

　　當(dāng)uo<0，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(gòu)成一個Flyback變換器，負(fù)載Z向電源Ui回饋能量。

　　當(dāng)uo<0，io<0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(gòu)成一個Flyback變換器，電源Ui向負(fù)載Z傳輸能量。

　　當(dāng)uo>0，io<0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(gòu)成一個Flyback變換器，負(fù)載Z向電源Ui回饋能量。

　　當(dāng)逆變器帶感性負(fù)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(yīng)的。逆變器工作順序為A→B→C→D。

　　2 高頻鏈逆變電源控制系統(tǒng)

　　2.1 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)以TMS320F2812為核心，主要包括電壓模擬量采樣電路、電壓電流過零信號檢測電路和MOSFET驅(qū)動電路等?，F(xiàn)場采集到的電壓模擬量經(jīng)過模擬信號調(diào)理電路送入DSP的ADC單元，由DSP定時采樣并完成A/D轉(zhuǎn)換，DSP將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與參考正弦電壓信號做比較得到誤差信號，再根據(jù)DSP捕獲單元捕獲到的系統(tǒng)輸出電壓電流過零信號情況，輸出脈沖信號至驅(qū)動電路，完成對主電路的控制。

　　2.2 控制系統(tǒng)的硬件電路

　　2.2.1 電壓、電流檢測及調(diào)理電路

　　系統(tǒng)需要檢測輸出電壓的瞬時值及輸出電壓過零信號和輸出電流過零信號，作為反饋變量至DSP。系統(tǒng)輸出電壓采集電路使用線性光耦HCNR200實現(xiàn)隔離采樣。HCNR200具有高線性度、低成本、高穩(wěn)定度及可靈活設(shè)計等優(yōu)點，適合采樣電路的工作要求。該電壓采集系統(tǒng)中，先將輸出電壓分壓，然后經(jīng)過線性光耦HCNR200實現(xiàn)反相采集信號，幅值為1;再經(jīng)過反相比例加法器使得采集到的交流電壓信號大小在0～2.5 V之間，中心值為1.25 V;再經(jīng)過限幅保護(hù)送至DSP的A/D端。電壓檢測電路圖如圖3所示。

　　輸出電流過零信號采集電路的主要原理是利用運算放大器的飽和截止特性，將電流霍爾傳感器LA58-P采集到的電流信號反相比例放大，通過選擇較大的放大倍數(shù)，使運算放大器工作在飽和狀態(tài)，這時輸出波形近似雙極性方波，再經(jīng)過IN4148二極管整形及分壓后得到幅值為3.3 V單極性方波，送至DSP的I/O接口，電路如圖4所示。輸出電壓過零信號采集電路與之相似，只是換用線性光耦HCNR200采集電壓信號而已。