数字化中频SPWM逆变电源控制系统

可设逆变器的输出的电压的上限

，下限值为

。执行如下操作：当

时

,取消积分运算;当

时,

;取消积分运算。即通过限幅防止控制量的饱和，控制量的饱和主要是由于积分项的饱和而引起的。积分饱和会导致被控量出现较大超调和长时间的波动，这对控制系统是不利的。

当在输出变化较小时，通过计算得到的PWM控制寄存器的值可能也会有小幅度的振动，这样会使系统不稳定。若设置适当的死区范围，则可以消除由此引起的振荡，又不会太大影响输出精度。

时，u(k)=u(k-1),控制量保持不变;当

,按照PI算法，计算输出控制量

。其中

为死区的阈值，依据系统的控制精度的要求来确定。设置死区可以减少执行机构的频繁动作，增强系统运行的稳定性。

3.4 保护控制：

数字化控制的电源系统中，一般设置保护硬件和软件两套保护系统，确保出现故障能有效保护。通常是由硬件电路负责故障状态的快速检测，再通过软件或硬件保护及时封锁开关管的驱动脉冲。逆变器系统中保护及监控部分通常包括过/欠压，过/欠流等。故障保护的监控过程为：通过采样及A/D转换将各种信号的数字量送到DSP，与相应的保护门限值进行比较，若超过门限值则采取保护措施。这样不仅实现简单而且还可以监控各类故障，便于维护。由于故障保护是需要实时监控的，而且一旦发生故障应及时采取相应措施控制输出。因此应在主程序中对各保护状态量进行实时查询

4 软件设计

通过前面的分析我们可以知道，逆变桥的SPWM信号由片内PWM模块实现，波形的控制和调节都需要在PWM调节周期中完成，属于定时器管理事件。在进行电压调节器、电流调节器计算时还需要实时获得、处理采样值，这里主要利用片内A/D模块。另外，在和单片机进行通信时可以利用SCI口实现，各类保护则是需要不断查询各个状态量，根据其具体数值采取相应的动作。系统软件总的流程框图如图2：

图2系统软件的总体结构流程框图

程序首先对一些寄存器进行设置，并且初始化所有的变量。然后使能所需的中断，启动定时器。开始执行后台一些对实时要求不高的程序，比如通讯等功能。CPU的中断INT2,INT6按照一定的时间打断后台程序的执行，让CPU执行一些实时要求高的程序，比如正弦波发生程序，电流、电压采样。

因为本系统对软件的实时处理能力要求很高，所以绝大多数功能模块是在中断子程序中完成的。而且由于系统的功能模块繁多，所以各模块应根据系统的要求严格按照先后顺序执行，以保证各模块互不干扰，协调工作。INT2为定时器的中断子程序，是最重要的一个子程序，在该子程序中主要完成对逆变器的控制，因此其中断优先级最高。一旦出错那么整个系统的输出就会发生畸变。最后是A/D的中断子程序，在该子程序中读取输出电压和输出电感电流的转换结果。

5 实验结果

本章通过实验将双闭环技术对中频逆变器的控制效果进一步加以验证，给出了实验结果具体的实验参数如下：输入直流母线电压270V;输出电压115V/400Hz;载波频率25kHz; 输出滤波电感3.4mH;输出滤波电容3u; 输出功率 。采用的控制芯片为TI公司的TMS320LF2407。图3、图4分别是阻性负载和感性负载时输出电压及电感电流波形。其中，CH1使用的是1：500的差分探头。可以看出，输出电压波形的正弦性较好。测得阻性负载时总谐波含量为THD=1.124%，感性负载时总谐波含量为THD=1.620%。

图3阻性负载时输出电压及电感电流波形

(CH1：滤波电感电流波形;CH2：输出电压波形)

图4感性负载时输出电压及电感电流波形

(CH1：滤波电感电流波形;CH2：输出电压波形)

6 结论

本文所介绍的中频SPWM逆变电源数字化控制系统以DSP作为主控芯片,结构紧凑,可靠性高,而且成本低,调试方便,充分体现出了数字控制的优势。总之,全数字化的实现大大减少了中频SPWM逆变电源所需要的元器件,降低了生产成本,提高了集成度,使实现系统智能模块化成为可能,并增加了系统的可靠性;全数字化还使得系统具有很强的可编程性,这样使系统更易于更新和升级。

参考文献

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