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一种基于DSP的软件锁相环模型与实现随着大规模集成电路及高速数字信号处理器的发展，通信领域的信号处理越来越多地在数字域付诸实现。
软件锁相技术是随着软件无线电的发展和高速DSP的出现而开展起来的一个研究课题。
在软件无线电接收机中采用的锁相技术是基于数字信号处理技术在DSP等通用可编程器件上的实现形式，由于这一类型锁相环的功能主要通过软件编程实现，因此可将其称为软件锁相环（software PLL）［1］。
尽管软件锁相环采用的基本算法思想与模拟锁相环和数字锁相环相比并没有太大变化，然而其实现方式却完全不同。
本文将建立软件锁相环的Z 域模型，分析软件锁相环中的延时估计、捕获速度及多速率条件下的软件锁相环模型问题［1］。
1软件锁相环的基本模型在模拟锁相环的基础上，利用数字、模拟系统彼此之间的联系，以二阶二型锁相环为例建立软件锁相环的Z 域模型。
文献［2］详细给出了锁相环的基本模型和原理。
如果将锁相环的基本部件采用软件编程的形式实现，就可以得到软件锁相环的基本组成，如图1所示。
首先从模拟锁相环的S域模型出发得到软件锁相环的Z 域模型（二阶二型模拟锁相环的S 域模型请参阅文献［2］）。
由于双线性变换是联系模拟系统与数字系统的一个重要方法，具有转换简单且表达式清晰明了的特点［3］，因此本文选择双线性变换法作为模拟锁相环与软件锁相环之间的转换基础。
式(1)是双线性变换法的复频域表达式：其中：T是联系数字系统与模拟系统的采样时间间隔，1/T表示采样频率。
根据该转换关系，对S域模型各部分对应的数字复频域表达式进行转换，可以得到如图2所示的复频域模型。
在实际应用中，二阶线性系统常采用阻尼因子ξ、无阻尼振荡频率ωn描述。
在二阶二型锁相环中，τ1，τ2 ，K 与ξ，ωn之间的对应关系如下：在式(1)和式(2)的基础上对图2进行等效变换，可以得到软件锁相环的另一个线性相位Z域模型，如图3所示。
在模型Ⅰ中，参数τ1，τ2和K与实现电路功能的电阻、电容、压控振荡器密切相关。
数字化并联有源电力滤波器的DSP软件锁相环设计摘要：本文介绍一种基于DSP的频率校正和基波相位校正新方法用于数字化并联有源电力滤波器的工频锁相，通过频率校正环节和相位校正环节分别计算出基波分量频率和初相与标准信号的误差，用以调整标准信号的频率和相位。
该方法不需要闭环反馈，结构简单，其响应速度满足并联有源电力滤波器谐波检测以及谐波指令电流控制输出的时间要求。
关键词：并联有源电力滤波器;软件锁相环;过零检测引言随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术的迅猛发展，大量高效电力电子设备得到了广泛的应用，使得电力系统中的电压、电流等电气量出现谐波分量，严重影响了工业的正常生产。
谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。
这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿性能不受电网阻抗的影响，具有很好的应用前景。
模拟锁相环锁相环是一个闭环的相位控制系统，能够自动跟踪输入信号的频率和相位。
一般的模拟锁相环控制框图如图1所示，由鉴相器 (PD)、低通滤波器 (LPF) 和压控振荡器 (VCO) 组成。
通过将压控振荡器的输出信号与电网电压的采样信号这两路频率和相位不同的信号送入鉴相器，生成误差信号，该信号是相位差的线性函数。
经过低通滤波器后输出。
压控振荡器在电压信号的控制下将改变输出电压信号的频率和相位，以便使信号和的频率和相位差减小。
结论本文所提出的采用基于过零检测电路的数字信号处理器TMS320F2407的软件锁相环的实现方法，可以很好地满足并联有源电力滤波器谐波检测和谐波指令电流控制输出的要求，如相位的跟踪精度和速度，波形失真度等。
实验结果验证了方法的可行性和有效性。
参考文献:[1] 曹凤香，基于单片机的UPS数字化锁相技术[J].电力电子技术，2007,41(6)：86-89.[2] 罗昉.正过零鉴相全数字逆变器锁相环建模研究[J].电力电子技术，2007,41(6)：86-92.[3] 庞浩，俎云霄.一种新型的全数字锁相环[J].中国电机工程学报，2003,23(2)：37-41.。
收稿日期:2004-05-13作者简介:琚兴宝(1976-),男,硕士研究生,研究方向为电力电子技术。
文章编号:1009-3664(2004)05-0001-04变换与控制基于DSP 的三相软件锁相环设计琚兴宝,徐至新,邹建龙,陈方亮(华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074)摘要:准确获得电网电压的相位角,在电力电子装置设计中有重要的意义。
文中提出了一种在dq 坐标下用DSP 实现的三相软件锁相环,采用滞后控制器使其具有很强的抗干扰能力,和传统的锁相环相比,软件锁相环在实际应用中有更好的效果。
关键词:相位;锁相环;滞后控制;DSP 中图分类号:TN712T N715文献标识码:ADesign of SPLL Based on DSPJU Xing -bao,XU Zh-i x in,ZOU Jian -long,CHEN Fang -liang (Department of Electrical &Electronic Engineering,Huazhong U niversity of Science and Technology,Wuhan 430074,China)Abstract:To obtain phase accurately is important in a desig n of pow er electronic equipments.T hree phases Softw are Phase -Locked Loop(SPLL)based on DSP in the dq reference frame is proposed in this paper.Time -lag controller makes SPLL more robust.T he perform ance of SPLL is more satisfac -tory compared w ith the tradition ones.Key words:phase;phase -locked loop;time -lag controller;DSP 在设计某些电力电子装置(如U PS 、有源滤波器)时,准确而又快速地获得三相电网电压的相位角是保证整个系统具有良好的稳态和动态性能的前提条件。
本科毕业设计说明书基于TMS320LF2407A的数字逆变电源的设计THE DESIGN OF DIGITAL INVERTER BASED ONTMS320LF2407A学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：2013年06 月01 日基于TMS320LF2407A的数字逆变电源的设计摘要逆变电源是一种采用电力电子技术是进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。
逆变电源技术是一门综合性的产业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。
逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。
电源技术的发展使得数字控制系统控制的电源取代传统电源已成为必然。
逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。
目前逆变电源的核心部分就是逆变器和其控制部分，虽然在控制方法上已经趋于成熟，但是其控制方法实现起来还是有所困难。
因此，对逆变电源的控制和逆变器进行深入研究具有很大的现实意义。
随着现代科学技术的迅猛发展，逆变技术目前已朝着全数字化、智能化、网络化的方向发展。
而作为专用的DSP的出现，更是为研究和设计新型的逆变电源提供了更方便、更灵活、功能更强大的技术平台。
本文采用美国德州仪器公司(TI)新近推出的一种TMS320LF2407A数字信号处理器，作为逆变电源中的核心控制部分进行研究。
以实现所研制的逆变装置能输出标准的正弦交流电。
本文主要分析了变频电源技术现状、发展趋势和存在的难点，指出论文的研究内容和意义。
详细讨论了逆变器的SPWM调制法工作原理，介绍了数字实现时对称规则采样法和不对称规则采样法的特点。
通过分析SPWM波形产生规律和特点，选择了以不对称规则采样法为基础实现的单极性SPWM控制，并且具体介绍了DSP实现SPWM。
文中设计出了整个逆变电源的硬件结构，其主要核心部分是IPM和DSP控制部分。
基于DSP的逆变电源控制器的设计摘要本文讨论的逆变电源控制器采用数字信号处理器（dsp）对逆变电源系统进行全数字控制，通过改变pwm波形的脉冲宽度和调制周期可以达到调压和变频的目的，并融合了多元化的保护功能使逆变电源系统的驱动电路变得简单可靠。
关键词逆变；脉宽调制；svpwm；控制器中图分类号tm4 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）49-0184-02许多行业的用电设备不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。
其幅值、频率稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，例如通信电源、不间断电源、医用电源等都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。
电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术，将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小变压器体积和提高供电质量的目的了[1]。
工控行业中，应用广泛的交流伺服电机的驱动单元使用的是频率可调的三相交流电，而电网提供的交流电是不变的，为了得到幅值和频率可调的三相交流电，我们需要进行直交变换。
本文采用了ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812作为控制器主处理器，采用先进的svpwm空间矢量控制算法，并且融合了多元化的保护功能，通过电流采样实现了逆变电源的过流和短路保护，具有良好的实用性。
1 系统结构逆变器中的变流器由三组igbt组成，在其运行的过程中，igbt 的通断频率是很高的，这就需要驱动信号发生器有较高的运算速度，能够产生所需频率的驱动信号，而高性能控制器dsp可以满足这个要求。
ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812，其工作频率高达150mz，高性能的32位cpu，大大提高了控制系统的控制精度和芯片处理能力，是目前控制领域最先进的处理器之一，其pwm发生电路可以根据需要直接改变pwm输出频率，随时改变pwm 的脉宽，能够满足逆变器的控制要求。
基于DSP的逆变电源控制系统设计
1 前言
由于电力，通信、航空以及大型信息、数据中心等行业高端设备对供电电
源系统容量和质量的要求越来越高，其中“大容量”、“高可靠性”和“不间断”供电
的特征，集中体现了高端设备对其动力系统共同和基本要求。
本文探讨了基于DSP 的逆变电源并联控制系统。
文章的创新之处是实现多个逆变器模块的并联供电电源系统，以满足不同的负载功率及供电可靠性要求。
逆变电源并联控制技术的研究具有深远的社会影响和社会效益。
2 基于DSP 的逆变电源并联系统分析和设计
2.1 单逆变电源模块分析与硬件设计
在并联式分布电源系统中，首先必须尽量保证模块间的一致性：每个模块
良好的负载特性和稳定；为了满足这样的要求，逆变器主电路的结构不断变化更新，高频软开关技术也广泛地应用到DC/AC 逆变电源中。
高频脉冲直流环节逆变器是基于谐振直流环节逆变器的原理提出的一种新
的结构。
该逆变器既能够实现输入和输出之间的电气隔离，又能够实现逆变桥功率管的零电压开关。
图1 逆变器的主电路图
（1）逆变器主电路
逆变器主电路如图1 所示。
主电路由3 部分组成：交错并联正激变换电路、吸收电路和全桥逆变电路。
（2）保护电路以及输出滤波器的设计
本系统中，采用了滤波电感作为过流保护，如图1 所示，滤波电路由Lr1、Lr2 和Cr 组成。
在直直变换器和吸收电路之间串接滤波电感Lr1 和一个较小的。
本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化班级：指导教师：基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计摘要由于近年来不可再生能源的不断消耗，能源危机日益凸显，各国都在加紧开发新能源。
太阳能发电作为一种全新的电能生产方式，具有清洁无污染、来源永不衰竭且维护措施简单等特点，因而受到越来越广泛的关注。
本文针对太阳能应用的一个重要研究领域——光伏发电系统，尤其是小功率光伏并网发电系统，设计实现了基于DSP控制的单相光伏并网逆变器的硬件电路。
论文首先介绍了太阳能光伏并网的国内外发展现状，阐述了利用DSP控制光伏并网系统的基本原理。
然后提出了以逆变器DC/AC变换技术为核心的单相光伏并网逆变器的硬件电路设计方案，并在Matlab软件上进行了仿真测试。
最后对后续研究工作进行了展望，为进一步制作电路板及其调试提供了参考。
关键词：光伏并网；逆变器；数字信号处理器；Matlab仿真PV Grid-Connected Inverter Hardware Circuit Design Based on DSPAbstractIn recent years, with the continuous consumption of non-renewable energy, the energy crisis has become increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, clean, non-polluting, never failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention. In this paper, as for an important research field of solar energy applications-photovoltaic systems, especially low-power photovoltaic power generation system, the hardware circuit of the DSP-based control of single phase photovoltaic grid-connected inverter is designed and implemented.The paper firstly described the development of solar photovoltaic grid in the world, and explained the basic principles of DSP controlled photovoltaic grid system. Then objective of the single-phase PV grid inverter with the core of DC / AC conversion technology inverter hardware circuit is designed and its simulation tests on the Matlab software is proceeded. Finally, the prospect of follow-up study provides a reference for the further production of circuit boards and their debugging.Key words: grid-connected photovoltaic; inverter; DSP; Matlab simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景、目的和意义 (1)1.2 国内外研究的现状 (1)1.2.1 国内研究的现状 (2)1.2.2 国外研究的现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)第二章太阳能光伏并网的研究 (4)2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构设计 (4)2.1.1 按变压器拓扑结构分类 (4)2.1.2 按功率变换级数分类 (6)2.1.3 按控制方式分类 (7)2.2 光伏并网控制策略基本原理 (10)2.2.1 光伏并网逆变器的控制方式 (10)2.2.2 光伏并网逆变器的控制目标 (10)2.2.3 输出电流控制方式 (11)2.2.4 最大功率点跟踪 (12)2.3 孤岛效应 (14)2.3.1 孤岛效应的影响和危害 (14)2.3.2 孤岛效应的检测方法 (15)第三章基于DSP的并网逆变器硬件电路的设计 (16)3.1 并网逆变器总体结构 (16)3.2 基于DSP的控制系统硬件设计 (16)3.2.1 DSP概述 (17)3.2.2 DSP系统硬件电路设计 (18)3.3 采样和调理保护电路设计 (24)3.4 主电路设计与关键参数选择 (28)3.4.1 Boost电路设计与参数选择 (28)3.4.2 逆变器电路设计与参数选择 (31)第四章光伏并网逆变器仿真测试 (35)4.1 Boost升压电路仿真测试 (35)4.1.1 Matlab搭建电路图 (35)4.1.2 仿真波形和分析 (35)4.2 逆变器电路仿真测试 (36)4.2.1 Matlab搭建电路图 (37)4.2.2 仿真波形和分析 (37)第五章总结和展望 (39)5.1 工作总结 (39)5.2 展望 (39)参考文献 (41)附录 (42)附录A DSP控制电路PCB板 (42)附录B 3D模式的控制电路PCB板 (42)附录C 主电路PCB板 (43)附录D 3D模式的主电路PCB板 (43)附录E 总体原理电路图 (43)附录F DSP控制电路原理图 (43)致谢 (44)第一章绪论1.1 课题研究的背景、目的和意义当今世界，人类对于能源的依赖性越来越强，能源已经成为我们生活中必需的部分，它为人类的各项活动提供着动力。
基于DSP的软件锁相环的实现点击数：140洪君，黄沃林，罗剑（广州骏发电气有限公司，广东广州511400）摘要针对传统锁相环存在硬件电路复杂、易受外界环境干扰及锁相精度不高等问题，介绍了一种基于数字处理器TMS320F2812 实现对电网电压软件锁相功能的设计方案，并给出了过零检测电路和部分软件设计流程图。
通过实验证明，软件锁相环能够对基波及一定频率范围内的谐波电压实现准确的相位锁定，由于软件锁相环功能主要由DSP完成，简化了硬件电路，具有更强的抗干扰能力和实际应用效果。
关键字软件锁相环；过零检测；相位捕捉AbstractKeywords0 引言准确获取电网基波及谐波电压的相位角，在变频器、有源滤波器等电力电子装置中具有重要的意义，通常需要采用锁相环得以实现。
传统锁相环电路一般由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器及分频器组成，其工作原理是通过鉴相器将电网电压和控制系统内部同步信号的相位差转变成电压信号，经环路滤波器滤波后控制压控振荡器，从而改变系统内部同步信号的频率和相位，使之与电网电压一致。
传统锁相环存在硬件电路复杂、易受环境干扰及锁相精度不高等问题，随着大规模集成电路及数字信号处理器的发展，通过采用高速DSP 等可编程器件，将锁相环的主要功能通过软件编程来实现。
本文设计的锁相环控制系统采用数字处理器TMS320F2812 芯片实现对电网基波及特定次谐波电压相位的跟踪和锁定。
1 软件锁相环的设计方案1.1 工作流程基于DSP的软件锁相环设计此方案的基本思路是通过采样电压过零点获取同步信号，采用DSP 内部定时器的循环计数产生同步信号来实现压控振荡器和分频器的功能，即通过改变定时器的周期或最大循环计数值的方法来改变同步信号的频率和相位，同时对电压进行A/D 转换及数据处理，得出基波及谐波电压的相位与频率，调整SPWM 正弦表格指针地址完成对基波及谐波电压的锁相功能，其工作流程如图1 所示。
通常，过零信号可以通过检测电网三相电压中任一相的过零点获取。
中文题目：基于DSP带同步锁相的逆变器控制系统设计外文题目：A Design of Phase Locked Inversion Control System Based on DSP毕业设计（论文）共××页（其中：外文文献及译文××页）图纸共×20××年×月答辩日期 20××年×月摘要UPS ( Uninterruptible Power System)是一种电力设备，当电网供电出现紧急故障时：UPS逆变电源可以利用蓄电池为负载提供应急供电。
同时UPS也具有改善电网电力质量的作用。
我国UPS市场需求巨大，每年UPS的市场销售量大约在80亿元人民币。
除了电信、金融等行业对UPS的需求居高不下之外，制造业、交通业、能源业对于UPS的需求量呈现上升趋势。
本文介绍了UPS逆变电源的组成，分析了各部分的作用及其工作原理，研究了实现UPS 逆变控制的关键技术。
在此基础上，设计了基于DSP的UPS逆变控制系统，提出了一套融合软硬件的适用于UPS逆变电源的数字化精准控制方案。
UPS逆变电源的控制系统的硬件电路设计采用TI公司的32位TMS320LF2407A作为逆变控制信号和驱动控制信号产生的主芯片。
本文在Album Designer软件环境下绘制电路原理图和PCB电路板。
在电路板设计中加入了各种抗干扰措施，提升了系统的稳定性。
在完成UPS逆变电源控制系统的软硬件设计的基础上，本文将控制系统和UPS整机进行联合调试。
调试结果表明，在本文设计的UPS逆变电源控制系统的协调下，可以使得UPS 整机正常工作，IGBT驱动信号和可控硅控制信号正常，输出信号可以精确地跟踪市电频率，并且保持相位一致，同时输出电压抑制了输入电压中的高次谐波，改善了电网的质量。
关键词:正弦脉宽调制SPWM；TMS320LF2407A；电力电子系统；逆变器；数字化精准控制ABSTRACTUPS (Uninterrupted Power Supply) is an electrical equipment that can provide emergent power supply by use of storage battery when power failure. In addition, UPS can improve the quality of mains power supply.Our country has large demand for UPS. The annual sales of UPS reach to 8 billion yuan. The demand is continuously large in the field of telecommunication and finance and begins to rise in the field of manufacturing, transportation and energy source.This dissertation introduces the structure of UPS, analyzes the function and operation principle of each part of UPS and studies the key technique for UPS inversion control. The UPS inversion control system based on DSP is put forward. The system is combined with hardware design and software design and is suitable for digital accurate control.In terms of the hardware design of UPS inversion control system, TMS320LF2407A, the 32-bit DSP manufactured by TI, is used to control inverter and generate drive signal for IGBT and SCR. EPM240T 100C, the high performance and low power consumption manufactured by Altera, is used for interface extension and phase shift of drive signal. The schematics and printed circuit board are designed in the environment of Altium Designer. Anti-interference methods are adopted to enhance system stability.After hardware design and software design, the control board is joint-tested with UPS. The result shows that under the coordination of UPS inversion control system designed in this dissertation, IGBT drive signal and SCR control signal can be correctly generated so that UPS can work normally. The output signal can accurately trace the frequency of mains power supply, keeping the phase consistent. What's more, the output signal improves the quality of mains power supply by reducing high harmonic wave.KEY WORD:SPWM；TMS320LF2407A；Digital Accurate Control；Large-Power Inverter；Power Electronics System目录0 前言 (1)1 绪论 (1)1.1 选题的背景和意义 (1)1.2 UPS逆变电源的分类 (1)1.2.1被动后备式(Passive Standby) (2)1.2.2在线互动式(Line-Interactive) (3)1.2.3双转换式(Double Conversion ) (4)1.3 UPS逆变电源的发展趋势和数字化控制的意义 (4)1.3.1采用DSP设计电路的优越性体现 (5)1.4本章小结 (6)2 在线式UPS的系统结构 (1)2.1 在线式UPS系统框图 (1)2.2在线式UPS系统组成 (1)2.3 在线式UPS的工作原理 (3)2.4本章小结 (4)3 功率因数校正 (1)3.1 概述 (1)3.1.1 谐波的产生及危害 (1)3.1.2 功率因数的定义 (2)3.1.3 提高功率因数的方法 (2)3.2 BOOST型PFC电路的分析 (2)3.2.1 主电路与DSP的连接 (3)3.2.2 采样电路 (4)3.2.3 主电路分析 (5)3.2.3 主电路及PI调节器的参数选择 (8)4 逆变器部分 (9)4.1 主电路（逆变部分）分析 (9)4.2 正弦波脉宽调制技术（SPWM） (10)4.2.1 单极性正弦波脉宽调制 (11)4.2.2 双极性正弦波脉宽调制 (12)4.3 SPWM波形的实现 (13)4.4 DSP在逆变器中的应用 (13)4.4.1 带死区信号的产生 (13)4.4.2 逆变器部分的采样时序及A/D转换 (14)4.5 基于DSP的逆变器的实现 (15)4.5.1 逆变器控制方法的发展 (15)4.5.2 逆变器电路分析 (16)4.5.3 主电路与DSP的连接 (18)4.6 主电路参数选择 (19)5 DC/DC变换部分 (1)5.1 DC/DC主电路 (1)5.2 基于DSP控制的DC/DC实现 (2)5.2.1 两路PWM波形的实现方法 (3)5.2.2 主电路与DSP的连接 (4)5.3 主电路参数选择 (4)6 其它重要电路 (7)6.1 辅助电路设计 (7)6.2 驱动电路设计 (7)6.3 旁路开关选择 (8)6.4正弦波发生器 (8)0 前言随着信息技术的迅速发展和计算机的日益普及，对电源系统供电质量和可靠性的要求越来越高，不间断电源（UPS）的应用越来越广泛。
DSP逆变电源并联系统锁相环设计摘要：提出了一种基于DSP的消除SPWM全桥逆变器直流偏磁问题的控制方案，采用TI公司的DSP芯片TMS320F240来实现。
在一台400Hz6kW样机上进行了实验，实验结果表明该方案能较好地解决全桥逆变器中的直流偏磁问题。
本文引用地址：/article/264220.htm关键词：全桥逆变器;直流偏磁;正弦波脉宽调制1引言近年来，SPWM逆变器已经在许多交流电能调节系统中得到广泛应用，相对于半桥而言，全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而更适合于大功率场合。
在SPWM全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有基频交流变压器。
而在输出变压器中，由于各种原因引起的直流偏磁问题致使铁心饱和，从而加大了变压器的损耗，降低了效率，甚至会引起逆变器颠覆，严重影响了SPWM全桥逆变器的正常运行，必须采取措施加以解决。
随着高频开关器件的发展，模拟瞬时值反馈控制使SPWM逆变器获得了优良的动态响应特性和较小的谐波畸变率。
但模拟控制存在着分散性大、温度漂移及器件老化等不利因素，因而给设备调试及维护造成许多困难。
数字控制克服了模拟控制的上述缺点，并具有硬件简单、调试方便、可靠性高的优势，因而引起了高度的重视。
本文在对SPWM全桥逆变器中输出变压器直流偏磁机理分析的基础上，提出了一种数字PI控制方案，通过采样输出变压器原方电流来调整触发脉冲宽度。
该方案利用DSP芯片TMS320F240在一台全数字化6kW、400Hz中频逆变电源上得以实现，实验结果表明所提出的方案较好地抑制了输出变压器的直流偏磁。
2直流偏磁DSP控制的SPWM全桥逆变器如图1所示。
直流偏磁是指由于输出变压器原边电压正负波形不对称，引起变压器铁心工作磁滞回线中心点偏离零点，从而造成磁工作状态不对称的现象。
变压器工作时，磁感应强度B的变化率为B=dt(1)励磁电流Iμ的变化率为Iμ=dt(2)图1DSP控制的SPWM全桥逆变器图2无直流偏磁时波形图(a)SPWM波形(b)磁感应强度B(a)SPWM波形(b)磁感应强度B图3有正直流偏磁时波形图式中：U1——变压器原边电压;N1——变压器原边绕组匝数;Ae——变压器铁心截面积;Lo——变压器铁心磁路长度;μ0——空气磁导率;μr——变压器铁心相对磁导率。
如图2所示，在SPWM全桥逆变器中，若输出变压器原边电压正负半周波形对称，正负半波伏秒积相等，铁心磁工作点将以原点为中心沿着磁滞回线对称地往复运动。
反之，若输出变压器原边电压正负波形不对称，正负半波伏秒积不等，则使正负半波磁感应强度幅值不同，磁工作区域将偏向第一或第三象限，即形成直流偏磁如图3所示。
造成原边电压正负波形不对称的原因，主要有以下几个方面：1)由于主电路中功率开关管导通时饱和压降不同，使得加在变压器原边的电压正负波形幅值不等;2)由于控制系统中正弦调制波或三角载波存在直流分量;或是由于四路脉冲分配及死区形成电路不对称;或是由于采用波形校正技术来对脉宽进行动态调节;或是由于主电路中功率开关管关断时的存储时间不一致;使得加在变压器原边的电压正负波形脉宽不等;3)由于SPWM逆变器在短路保护或关机时采用驱动脉冲瞬时封锁法，工作周期不完整，导致变压器铁心的剩磁过高，使得变压器铁心的磁工作区域偏离零点。
由上述分析可知，在SPWM全桥逆变器中必然存在着直流偏磁。
如前所述，直流偏磁会导致铁心饱和，不仅加大了变压器的损耗，降低了效率，增大了噪声;而且使两路功率开关管中的电流不平衡，降低了管子的有效利用率。
如果偏磁继续积累，铁心进入深度饱和，磁工作点进入非线性区，变压器铁心相对导磁率μr 将迅速减小。
由式(2)可见，这将导致励磁电流Iμ迅速增大，甚至会引起逆变颠覆，使功率开关管因过流而损坏，严重影响了SPWM全桥逆变器的正常运行，因此必须采取措施加以解决。
为解决SPWM全桥逆变器中存在的直流偏磁问题，一般可采取如下措施：1)变压器铁心加气隙，增加铁心的磁阻，提高变压器抗直流偏磁的能力;磁通密度按单相工作状态选取，但这样却降低了铁心的利用率，增大了变压器的体积和重量。
2)变压器原边绕组串接一个无极性隔直电容，这种方案一般仅适合于小功率逆变电源，而不适合于中大功率逆变电源。
这一方面是因为无极性电容耐压和容量的限制，需要大量的电容进行串并联，从而大大增加了成本、体积和重量;另一方面是因为主电路中串入隔直电容，降低了功率传递效率，影响了逆变器的动态特性。
3)选择饱和压降和存储时间特性一致的功率开关管用于SPWM全桥逆变器，减小控制电路的脉宽失真和驱动延时。
4)在动态情况下限制控制信号的最大变化率，使正负半波尽量对称，但这样却降低了逆变器的动态响应速度。
5)逆变器采用软启动和软关机技术，使变压器控制技术图4抗直流偏磁数字PI控制器剩磁很小，防止开机时产生瞬态饱和。
此外，一些资料也提出了一些抗直流偏磁的控制方案，如文献[1]提出的逐脉冲电流检测法，文献[2]提出的电流型PWM控制法，文献[3]提出的采样保持法，文献[4]提出的双环控制法等等，但这些方法均只适用于DC/AC/DC变换器中的逆变器部分。
文献[5]提出的静态补偿和适时补偿法较好地解决了SPWM全桥逆变器中存在的直流偏磁问题，但却属于模拟控制。
本文通过采样输出变压器原边电流，通过数字PI控制器来调整触发脉冲宽度，较好地解决了全数字化SPWM逆变电源中存在的直流偏磁问题。
3数字PI抗直流偏磁在SPWM全桥逆变器中，输出变压器的原边电流为折算到原边的副边电流与原边的励磁电流之和。
如上所述，当发生直流偏磁时，在第一或第三象限，变压器铁心相对导磁率μr迅速减小，某一方向的励磁电流Iμ以指数规律迅速增大，导致输出变压器原边电流的直流分量也迅速增大。
因此，SPWM全桥逆变器的直流偏磁问题，可归结为输出变压器原边电流的直流分量的产生和迅速增长的问题。
如果能将原边电流的直流分量迅速检测出来，并加以控制使之减小，就可以解决直流偏磁问题，使SPWM全桥逆变器正常运行。
在输出变压器中，励磁电流一般仅占原边电流的2%，因此原边电流直流分量的检测必须首先滤除励磁电流中的基波及高频成分，然后再将剩下的直流分量放大后用于控制。
励磁电流中直流分量的提取有硬件提取和软件提取两种方法。
硬件提取可先经有源滤波，再通过A/D口读入直流量实现;软件提取则通过原边电流瞬时双极性A/D采样并通过一定的滤波算法来实现。
图4给出了SPWM全桥逆变器抗直流偏磁数字PI控制器的原理框图。
对控制器而言，要求原边电流直流分量以最小误差收敛到零，并满足一定的动态指标。
数字PI控制器使误差Ie(K)为一个很小的值，误差Ie(K)定义为Ie(K)=0-i1dc(K)(3)式中：i1dc(K)为所提取的原边电流直流分量。
数字PI控制器根据i1dc(K)来产生所要求的控制量u(z)=KpIe(z)+Ie(z)(4)采用增量式PI控制算法，其增量表达式为：u(K)=u(K-1)+Δu(K)(5)Δu(K)=Kp[Ie(K)+Ie(K-1)]+KIIe(K)(6)数字PI控制器在过去几十年里得到了广泛的应用，其实现简单直观、鲁棒性好、可靠性高，在一定的运行范围内可以获得较为满意的控制效果。
在本文中，采样输出变压器原边电流用于反馈，通过数字PI控制器得出的控制量可用于对SPWM驱动脉宽进行修正，以减小原边电流中的直流分量，把变压器的直流偏磁限制在较小的范围之内。
此外，在程序中也采用软启动技术，使变压器剩磁很小，防止开机时产生瞬态饱和。
为防止驱动脉冲过窄而丢失造成直流偏磁，对SPWM驱动波形的最小占空比进行了限制。
为避免空载-满载或满载-空载等动态过程中，励磁电流急剧增大而烧毁功率开关管，程序中还采用了直流母线电流滞环封锁技术：当直流母线电流超过滞环上限值时，则封锁相应驱动脉冲，直到电流减小到滞环下限值时，再开放控制脉冲，从而避免逆变颠覆，有效地保护了开关管。
4物理实现和实验结果本文采用德州仪器公司(TI)提供的DSP芯片TMS320F240来实现SPWM 全桥逆变器的数字控制。
TMS320F240具有许多优良的特性，诸如采用先进的哈佛型结构、50ns指令周期时间、16×16位硬件乘法器、32位算术逻辑单元、544字×16位片内RAM、16k字×16位片内FLASHROM及224k字×16位存储器地址范围。
为适用于功率变换器领域，TMS320F240还集成了先进的外围设备，包括含12路PWM通道的事件管理器模块、双10位A/D转换模块、基于锁相环的时钟模块、看门狗定时器、串行通信DSP控制SPWM全桥逆变器直流偏磁的研究(a)驱动波形(b)uab波形(a)i1波形(b)uo波形图5实验波形接口、串行外设接口、6种外部中断和28个独立编程多路复用I/O引脚。
本文介绍的数字PI抗直流偏磁方案已在一台直流175～320V输入，交流400Hz、230V、6kW输出的××艇中频逆变电源中得到应用。
为简化驱动电路的设计，提高可靠性，主电路采用三菱公司的IPM模块PM200DSA120。
为降低开关损耗，此模块开关频率为10kHz。
为消除高频噪声，减小滤波电路的体积和重量，采用单极倍频技术使输出变压器原边的SPWM波形的最低次谐波为20kHz。
逆变器满载时的实验波形图5所示，其中图5(a)为S1和S3的驱动波形，图5(b)为逆变桥臂输出电压uab的波形，图5(c)为逆变器原边电流i1波形，图5(d)为逆变器输出电压uo的波形。
5结语在对SPWM全桥逆变器中输出变压器直流偏磁机理分析的基础上，提出了一种数字PI控制方案，通过采样输出变压器原边电流，并提取其直流分量来调整触发脉冲宽度。
该方案采用DSP芯片TMS320F240，在一台全数字化6kW、400Hz中频逆变电源上得以实现，实验结果表明所提出的方案在很大程度上减小了偏磁所引起的噪声，较好地解决了输出变压器的直流偏磁问题。
