小功率智能化中頻逆變電源的研制 小型化和高性能
研發(fā)一種依據(jù)TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器和PS21964智能功率模塊（IPM）的智能化SPWM中頻逆變電源操控體系。對中頻逆變電源的功率主電路、操控電路以及維護(hù)電路等進(jìn)行了具體論述。完結(jié)了中頻逆變電源小型化和高功能的技能需求。
0 概述
在武器裝備電氣體系中，400Hz中頻逆變電源是其廣泛運(yùn)用的電源之一。在對其歸納電氣體系中的各電氣設(shè)備進(jìn)行功能測驗(yàn)與毛病診斷時(shí)，需求400Hz中頻逆變電源為其供應(yīng)真實(shí)的模擬作業(yè)環(huán)境，以完結(jié)信號的收集與處理，然后判別出體系的作業(yè)狀況，對所發(fā)作的毛病進(jìn)行準(zhǔn)確定位。現(xiàn)有的400Hz中頻逆變電源因其體積較大，不能滿意測驗(yàn)設(shè)備小型化的需求，因而，咱們研發(fā)了一種小功率智能化中頻逆變電源，將其放在測驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部，減小了測驗(yàn)設(shè)備的體積，提高了測驗(yàn)設(shè)備的可靠性。
1 體系硬件規(guī)劃
圖1為中頻逆變電源硬件原理圖。
1.1 整流濾波電路
整流濾波電路是將220V、50Hz交流電經(jīng)過全橋整流與電容濾波后得到311V直流電供應(yīng)逆變電路中的IPM模塊，為其供應(yīng)直流母線電壓。整流橋選用KBL608全橋整流模塊，電容濾波器選用2只450V、470μF的電解電容并聯(lián)。
1.2 逆變電路
逆變電路選用三菱公司的PS21964智能功率模塊。該模塊具有以下特點(diǎn)：1）逆變橋選用第5代平面型IGBT和CSTBT功率芯片，損耗更低；2）選用自舉電路結(jié)構(gòu)，可單電源驅(qū)動(dòng)；3）內(nèi)置專用HVIC，可直接由DSP驅(qū)動(dòng)；4）輸入接口電路選用高電平驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)了模塊自維護(hù)才能；5）具有短路和操控電源欠壓維護(hù)，6）體積小，只有38×24×3.5mm.
因?yàn)殡娫匆?guī)劃輸出為單相交流電，而PS21964模塊內(nèi)部為三相逆變橋，故在電源規(guī)劃時(shí)，選用其間兩相（U、V）。PS21964模塊既可單電源驅(qū)動(dòng)，又可多電源驅(qū)動(dòng)，規(guī)劃時(shí)選用多電源驅(qū)動(dòng)方法。在電路中，R18為電流檢測電阻，完結(jié)短路維護(hù)；R12、C5為濾波電路；因?yàn)镻S21964模塊的毛病輸出端為漏極開路型，因而增加了R13上拉電阻。
1.3 中頻變壓器與中頻濾波電路
中頻變壓器選用R型400Hz鐵芯，銅制漆包線繞制，變比為1.05：1.因?yàn)轶w系中的載波頻率為12kHz，因而中頻濾波器的截止頻率選為2kHz，憑借中頻變壓器的漏感，依據(jù)核算公式核算可得濾波電容值為20μF，故選用耐壓值為600V的CBB電容。
圖2 中頻逆變電源主電路
1.4 電壓反應(yīng)電路
電壓反應(yīng)電路是將輸出電壓調(diào)度后反應(yīng)給DSP的A/D變換端以完結(jié)電壓平均值閉環(huán)反應(yīng)操控。
因?yàn)檩敵鲭妷簽?15V、400Hz交流電，首先運(yùn)用變壓器將輸出電壓將變?yōu)?～5V的電壓信號，經(jīng)全橋整流、電阻分壓后反應(yīng)到DSP的ADCIN 01腳。如圖3所示。
1.5 DSP操控電路
TMS 3 2 O L F 2 4 O 7 A D S P操控電路首要由TMS320LF2407A芯片子體系和供電電路構(gòu)成。TMS320LF2407A芯片子體系首要包含時(shí)鐘、復(fù)位、外部存儲(chǔ)、JTAG仿真接口等電路，其規(guī)劃時(shí)可參考產(chǎn)品手冊引薦電路進(jìn)行挑選。體系規(guī)劃時(shí)，選用EVA事情管理器模塊的PWM1～PWM4輸出4路PWM波信號。
1.6 驅(qū)動(dòng)與維護(hù)電路
（1）封閉PWM操控信號維護(hù)。
IPM的PWM操控信號經(jīng)帶操控端的三態(tài)收發(fā)器74LS640輸出后送共態(tài)脈沖互鎖電路。IPM的毛病輸出信號送入74LS640的使能端。當(dāng)IPM沒有毛病發(fā)作時(shí)，74LS640選通，IPM正常作業(yè)；IPM發(fā)作毛病時(shí)，74LS640截止，封閉一切IPM的操控信號，關(guān)斷IPM，到達(dá)維護(hù)目的。如圖4所示。
（2）共態(tài)脈沖互鎖電路。
在運(yùn)用IPM的過程中咱們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選取IPM時(shí)，若留出滿意的余量，IPM通常狀況下不容易損壞，但有時(shí)仍有損壞狀況發(fā)作，剖析其緣由，均為發(fā)作過流，經(jīng)過丈量微處理器輸出的PWM信號，發(fā)現(xiàn)同一橋臂的操控信號在主電路為高壓大電流狀況下很容易疊加攪擾信號，致使同一橋臂的兩個(gè)IGBT發(fā)作直通，致使模塊損壞。為此咱們規(guī)劃了共態(tài)脈沖互鎖電路，這樣即使有攪擾，乃至因?yàn)槟撤N緣由，微處理器不能正常輸出，也能確保同一橋臂的兩個(gè)IGBT不能一起導(dǎo)通，到達(dá)維護(hù)的目的。電路圖如圖5所示。
1.7 輔佐電源電路
該體系的電源首要有+5V、+3.3V和+15V三種。+5V為主電源，選用AC/DC模塊完結(jié)；+3.3V首要用于DSP體系，選用TPS7333芯片完結(jié)；+15V電源用于IPM模塊，選用金升陽公司的B0515完結(jié)。
2 體系軟件規(guī)劃
本電源的操控軟件首要包含：1）雙極性SPWM操控信號程序規(guī)劃；2）平均值安穩(wěn)程序規(guī)劃；3）輸出過壓維護(hù)程序規(guī)劃。
雙極性SPWM操控信號選用對稱規(guī)矩采樣法完結(jié)。其間規(guī)范正弦波（即調(diào)制波，同輸出正弦波頻率400Hz），選用離線核算方法，首先將這些數(shù)據(jù)核算出來，并存入數(shù)組，在程序運(yùn)行時(shí)調(diào)用。規(guī)范三角波是運(yùn)用DSP計(jì)數(shù)器的接連增/減計(jì)數(shù)模式完結(jié)的，其載波頻率為12kHz.
平均值安穩(wěn)程序選用PI調(diào)理，反應(yīng)信號經(jīng)濾波采樣后，與給定信號進(jìn)行對比，其誤差送至PI調(diào)理器，改動(dòng)調(diào)制度M，然后使輸出電壓保持穩(wěn)定，完結(jié)輸出穩(wěn)壓。
輸出過壓維護(hù)選用限幅對比法，反應(yīng)信號經(jīng)濾波采樣后，與限定值進(jìn)行對比，若超出，則輸出維護(hù)信號，中止主電路運(yùn)行，完結(jié)輸出過壓維護(hù)。
體系軟件由初始化模塊和定時(shí)器中止模塊構(gòu)成。初始化模塊首要完結(jié)中止操控器、I/O操控器、事情管理器、時(shí)鐘管理器、看門狗、A/D變換器等操控寄存器進(jìn)行初始化和有關(guān)變量的初始化，初始化模塊的流程如圖6所示。初始化完結(jié)后，DSP程序進(jìn)入死循環(huán)，等待中止的發(fā)作。定時(shí)器中止模塊的首要作業(yè)是經(jīng)過片內(nèi)A/D變換器采樣輸出電壓，作為體系完結(jié)閉環(huán)操控的反應(yīng)信號，經(jīng)過給定信號與反應(yīng)信號進(jìn)行對比，經(jīng)PI操控調(diào)理，得到相應(yīng)的操控量，經(jīng)規(guī)矩采樣法核算得到每一個(gè)周期的脈沖寬度，以取得四路PWM信號，完結(jié)對IPM的操控。其流程圖如圖7所示。
3 試驗(yàn)
將研發(fā)的115V、400Hz中頻逆變電源接500W電阻性負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)波形如圖8所示。
4 定論
本電源選用新式功率器材和數(shù)字操控技能，完結(jié)了中頻逆變電源小型化和高功能的技能需求，己在某些電氣體系檢測設(shè)備中運(yùn)用，運(yùn)用證明該電源功能可靠、體積小、重量輕、成本低、能夠確保精度，滿意運(yùn)用需求。
| 【上一個(gè)】 如何設(shè)計(jì)1000VA高頻鏈逆變電源 | 【下一個(gè)】 逆變電源開關(guān)電源設(shè)計(jì)基本常識 |
| ^ 小功率智能化中頻逆變電源的研制 小型化和高性能 |