采用DSP TMS320F28335的三相SPWM变频电源的设计
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摘要随着计算机技术、微处理器技术以及电力电子技术的发展,基于数字信号处理器(Digital Signal Processor简称DSP)的脉宽调制(Pulse Width Modulation简称PWM)技术被广泛的应用于变频器,风力发电以及电机调速系统中。
在各种PWM 控制方式中,正弦脉宽调制(Sinusoidal PWM)因其算法简单、硬件实现容易、谐波较小以及能动态的修改幅值和频率等优点得到了广泛的应用。
由于数字信号处理技术的发展以及高性能DSP芯片的不断推出,越来越多的SPWM波形的产生都是基于DSP芯片来实现的,这不仅大大简化了硬件电路以及软件的设计,同时在精度和稳定性方面也得到了极大的提高。
本文介绍了采用TI公司推出的TMS320F28335,利用其ePWM模块,基于规则采样法的原理来产生单相SPWM波形的设计,并在示波器上观察了相关波形,同时利用RC低通滤波电路,验证了产生的SPWM波是正确的。
关键词:TMS320F28335;ePWM模块;SPWM1、实验容一、学习TMS320F28335的ePWM 模块的工作原理及其使用方法;二、单相SPWM 波形产生的设计,并验证生成的SPWM 的正确性;三、设计带死区的SPWM 波形;2、实验器材合众达28335控制板、面包板、电阻、电容、杜邦线、示波器(TDS 2012B )等3、实验原理3.1 SPWM 调制与实现原理如图 3.1所示,为了输出逆变器所需要的正弦波,将等腰三角形作为载波(Carrier wave),正弦波为调制波(Modulation wave),正弦调制波与三角载波的交点确定了逆变器开关器件的通断时刻,从而获得了一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,按照面积等效原理,每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等,因此,该序列脉冲与期望的正弦波等效,这就是正弦脉宽调制原理。
本文采用的是双极性方式,即在正弦调制波的半个周期,三角载波在正负之间变化。
基于tms320f28035的三相电压保护程序设计简介本文档旨在介绍基于t ms320f28035微控制器的三相电压保护程序设计。
电压是电力系统中的重要参数之一,稳定的电压能够保证电力设备的正常运行。
为了确保电力系统的安全和稳定运行,设计一个可靠的电压保护程序是至关重要的。
目录1.背景2.系统架构3.保护算法4.程序设计5.性能评估6.结论和展望1.背景在电力系统中,三相电压的稳定性对于电力设备的正常运行至关重要。
当电压异常超出设定的阈值范围时,需要进行保护措施以避免设备损坏和电力系统故障。
t ms320f28035是德州仪器公司(T I)推出的一款高性能数字信号处理器(D S P)芯片,具备强大的计算和控制能力,适合用于电力系统保护应用。
2.系统架构基于tm s320f28035的三相电压保护系统主要包括电压采样模块、保护算法模块和保护动作控制模块。
其中,电压采样模块用于采集三相电压信号,将其转化为数字信号输入D SP芯片;保护算法模块运行在DS P芯片中,对采集到的电压信号进行处理和分析,根据设定的阈值判断电压是否异常;保护动作控制模块根据保护算法的结果,控制保护装置进行相应的动作。
3.保护算法为了实现三相电压的保护功能,我们设计了以下保护算法:1.电压幅值保护:当电压幅值超过设定的上下限时,保护系统将触发相应的动作,如切断电源或报警。
2.电压不平衡保护:通过计算三相电压的不平衡度,当不平衡度超过设定的阈值时,触发保护动作,以避免设备损坏。
3.瞬时电压变化保护:当电压瞬时变化量超过设定的阈值时,触发保护动作,以保护电力设备。
4.程序设计针对基于tm s320f28035的三相电压保护系统,我们进行了以下程序设计:1.初始化配置:包括D SP芯片的引脚设置、时钟配置、AD C模块的初始化等。
2.电压采样:通过AD C模块采集三相电压信号,并转化为数字信号输入D SP芯片。
3.保护算法实现:根据采集到的电压信号,运行保护算法,判断电压是否异常。
基于TMS320F28335DSP的三相电动机控制器的设计概述:速度闭环控制:力矩控制:力矩控制是根据应用的需求对电动机的力矩进行精确控制。
在本设计中,我们将采用矢量控制算法来实现力矩控制。
该算法通过分解电动机的电流和磁场,将电动机的转矩分解为电磁转矩和负载转矩两部分,并通过调整电流的大小和相位来实现对电磁转矩的控制。
硬件设计:硬件设计包括电动机驱动电路、传感器电路和DSP开发板的连接。
为了驱动三相电动机,我们需要使用H桥电路来控制电动机的转向和速度。
传感器电路用于实时采集电动机的转速,并将其反馈给DSP控制器。
最后,我们需要将DSP控制器与电动机驱动电路和传感器电路进行连接,以实现数据的传输和控制。
软件设计:软件设计主要包括初始化配置、速度闭环控制和力矩控制。
在初始化配置中,我们需要对DSP控制器进行初始化设置,包括PWM模块的配置、定时器模块的配置和中断处理函数的设置。
在速度闭环控制中,我们需要编写代码来实现速度的反馈控制,包括定时器的中断处理函数和占空比的调整逻辑。
在力矩控制中,我们需要编写代码来实现矢量控制算法,包括电流大小和相位的计算以及PWM信号的生成。
测试与调试:在完成硬件和软件设计后,我们需要进行测试和调试,以确保电动机控制器的正常运行和准确控制。
通过对不同转速和负载条件下的测试,我们可以评估控制器的性能,并进行必要的调整和优化。
结论:2. T. Xu, "Design of Digital Signal Processor (DSP) Control System for AC Induction Motor", International Journal of Electronics and Electrical Engineering, vol. 6, no. 3, pp. 20-24, 2024.。
三相SPWM波在TMS320F28335中的实现王鑫;刘岩【摘要】SPWM technique is a suitable power switch conversion device for high-power high-performance switching modulation strategy, there are good prospects for the application of active power filter. This article describes how to take advantage of high-performance digital signal processor TMS320F28335 chip Peripheral Event Manager (EV) module to generate three-phase SPWM wave, process flow diagram and the key to the program source code. The method uses asymmetric regular sampling algorithm parameters calculated mainly using the look-up table method, a small amount of calculation, realtime high. In engineering practice, this method can meet the accuracy requirements of control, but also to meet the real-time requirements, and can control the output of the inverter power.%载波相移正弦脉宽调制(SPWM)技术是一种适用于大功率电力开关变换装置的高性能开关调制策略,在有源电力滤波器中有良好的应用前景.本文介绍了如何利用高性能数字信号处理器TMS320F28335的片内外设事件管理器(EV)模块产生三相SPWM波,给出了程序流程图及关键程序源码.该方法采用不对称规则采样算法,参数计算主要采用查表法,计算量小,实时性高.在工程实践中表明,该方法既能满足控制精度要求,又能满足实时性要求,可以很好地控制逆变电源的输出.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)002【总页数】3页(P176-178)【关键词】TMS320F28335;SPWM;不对称规则采样法;查表法【作者】王鑫;刘岩【作者单位】哈尔滨瑞格大电机技术有限公司黑龙江哈尔滨 150030;哈尔滨市卫生局黑龙江哈尔滨 150000【正文语种】中文【中图分类】TP274PWM[1]的全称是 Pulse Width Modulation,它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50877053)定稿日期:2008-11-21作者简介:周雪松(1964-),男,江西南昌人,博士,研究方向为电力电子技术在电力系统中应用和电力系统非线性控制。
1引言二极管中点箝位三电平(NPC )逆变器是一种开发最早、目前较为成熟的多电平逆变器拓扑,它已广泛应用于高压变频调速、柔性输配电系统及高压直流输电系统等场合[1]。
NPC 逆变器的控制方式有多种,如双极性正弦脉宽调制(SPWM )、三角载波层叠式SPWM [2-3]、电压空间矢量脉宽调制(SVPWM )[4]、特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM )[5]等。
通过这些控制方式,NPC 逆变器可得到单相三电平、线电压五电平的输出电压,较好地解决了开关管开关频率和开关容量间的矛盾,因而得到了越来越广泛的关注。
深入分析了基于三角载波层叠式SPWM 技术的工作原理,在此基础上提出了一种适用于三电平逆变器的改进型三角载波调制策略。
详细介绍了控制算法的原理,通过Matlab/Simulink 仿真软件对调制算法进行了仿真验证,并利用TMS320F28335浮点型DSP 完成了控制软件的编写。
在自主设计研制的1kV/400kVA 三电平逆变器上完成了开路和带电感负荷下的动模实验,验证了三电平逆变器结构的合理性和控制软件的正确性。
实验结果表明,该控制算法降低了输出电压的d u /d t ,提高了装置的等效开关频率,减少了输出电压和输出电流的谐波含量,EMI 特性更好,是一种适合工程应用的控制方案。
2基于载波层叠式三电平逆变器工作原理三电平逆变器是在两个开关器件串联的基础上加入一对中性点箝位二极管构成的,其单相电路拓扑如图1a 所示。
通过对4个开关主管的控制得到三电平的控制电压输出。
载波层叠调制算法采用同相位分布在纵坐标正、负半轴上的两列三角载波与正弦调制波进行调制比较,正半轴的三角载波与正弦调制波进行调制,生成互补的两列控制脉冲,分别控制VT 1和VT 3;负半轴载波与正弦波进行调制,生成互补的两列控制脉冲,控制VT 2和VT 4,如图1b 所示。
基于DSP的三相SPWM变频电源的设计DSP(数字信号处理器)是一种专门用于实时数字信号处理的微处理器。
在电力电子领域中,DSP常用于三相SPWM(正弦波脉宽调制)变频电源的设计和控制。
三相SPWM变频电源是一种将直流电源转换为交流电源的装置,经过SPWM调制后可以有效地控制输出电压的频率和电压值。
设计一个基于DSP的三相SPWM变频电源需要考虑以下几个方面:1.系统拓扑设计:在设计之前,需要确定所采用的系统拓扑。
常用的变频电源拓扑包括单相桥式逆变器、三相桥式逆变器和电流源逆变器。
选择合适的拓扑结构将有利于系统的性能和控制。
2.DSP控制算法:DSP的控制算法是实现正弦波脉宽调制(SPWM)的核心部分。
SPWM是一种基于三角波的脉宽调制技术,通过控制三角波与正弦波的比较,可以得到合适的脉冲宽度,实现输出电压的调节。
常用的控制算法包括基于查表法和基于直接数字控制(DDC)的算法。
3.输出滤波设计:变频电源输出的电压是脉冲宽度调制信号,需要通过输出滤波电路将其转换为纯正弦波。
根据设计需求,可以选择合适的滤波电路结构,并选择合适的滤波器参数,以达到所需的输出电压波形和谐波含量。
4.保护回路设计:考虑到系统稳定性和操作安全性,需要设计合适的保护回路。
常见的保护回路包括过流保护、过温保护、过压保护等。
这些保护回路可以通过在DSP中实现相应的保护算法来实现。
5.DSP控制板设计:根据DSP的控制算法,设计相应的DSP控制板。
控制板包括DSP芯片、模数转换器(ADC)、数字模拟转换器(DAC)、输出滤波器、保护电路等。
在设计过程中需要考虑电路布局、信号隔离和噪声抑制等问题。
6.性能测试与优化:设计完成后,需要对系统进行性能测试,并根据测试结果进行系统优化。
主要测试项包括输出电压的纹波、变频电源的效率、稳定性和响应速度等。
总结:基于DSP的三相SPWM变频电源的设计需要考虑系统拓扑设计、DSP控制算法、输出滤波设计、保护回路设计、DSP控制板设计以及性能测试与优化。
基于TMS320F28335 DSP的三相电动机控制器的设计霍淑珍;石秀敏【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2012(40)18【摘要】Float DSP TMS320F28335 was used to control three phase motor. For its faster speed and more accurate calculation than TMS320F2407 and TMS320F2812, it was more suitable for complex control strategy. Detailed functions and hardware circuits were introduced. The system can work by using a rotary encoder to have speed feedback or using estimated speed. The system is proved to be stable and robust.%以浮点型DSPTMS320F28335为核心开发三相电动机控制器.该DSP与TMS320F2407和TMS320F2812相比具有速度快、精度高等优点,更适合复杂算法的需要.详细介绍各个功能部分的工作原理及硬件实现方法.该系统既可以采用旋转编码器进行速度反馈又可以采用无速度传感器方式工作.实践证明:该控制器运行可靠,工作稳定.【总页数】3页(P121-122,125)【作者】霍淑珍;石秀敏【作者单位】天津职业大学,天津300402;天津职业技术师范大学,天津300222【正文语种】中文【中图分类】TM571【相关文献】1.基于 DSP三相交流电动机矢量控制的软件设计 [J], 底群2.基于 DSP 的三相交流异步电动机调速系统的设计 [J], 易群;李彩丽;刘陆平3.基于TMS320F28335的永磁同步电动机控制器的设计 [J], 李玉峰;郭群;赵鑫4.基于dsPIC30F6010三相异步电动机控制系统的设计与实现 [J], 刘陆;杨丽英5.基于TMS320F28335DSP的磁悬浮轴承数字控制器的研究与设计 [J], 郭凯旋;徐龙祥因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
以TMS320F28335为主处理器的车载智能电源控制器的设计1.系统需求分析:车载智能电源控制器的设计要满足以下基本需求:-能够监测车辆电池的电压和电流,并实时反馈给主处理器。
-根据实时检测到的电池情况,控制发电机的输出电压和电流,以保证电池的正常充电。
-实现智能管理和优化电池的使用,延长电池的寿命。
-对电池的充电状态进行监测和保护,避免过充和过放。
2.硬件设计:-包括电压和电流传感器、电池电压分压器、发电机控制电路等在内的外围电路的设计。
电压和电流传感器用于检测电池的电压和电流,将数据传输给主处理器。
电池电压分压器用于将电池电压降低到适合主处理器的输入电压范围。
发电机控制电路负责对发电机的输出电压和电流进行调节和控制。
3.软件设计:-主处理器的软件设计主要包括以下几个方面:1)电池电压和电流的实时监测和反馈:主处理器通过读取电压和电流传感器的数据,实时监测车辆电池的状态,并将数据反馈给其他相关模块进行处理。
2)发电机控制:根据电池的状态和需要,主处理器通过发电机控制电路对发电机的输出电压和电流进行调节和控制,以实现电池的正常充电。
3)电池管理:主处理器通过智能算法对电池的使用情况进行分析,并根据实时需求对电池进行优化管理,延长电池的使用寿命。
4)充电状态监测和保护:主处理器通过读取电池的电压和电流数据,实时监测电池的充电状态,并对电池进行保护措施,避免过充和过放。
4.系统性能:-车载智能电源控制器的设计需要满足以下性能指标:1)准确性:电池电压和电流的实时监测需要具备高准确性,以确保充电系统的稳定性和安全性。
2)响应速度:主处理器需要具备快速的响应能力,及时调节发电机的输出电压和电流,以满足车辆电池的需要。
3)功耗控制:主处理器的功耗应尽量低,以减少对车辆电池的能源消耗,延长整个系统的使用寿命。
用DSP实现三相SPWM波形设计作者:易韬韦文斌来源:《科技视界》2016年第04期【摘要】本文叙述了三相全桥电压型逆变器SPWM生成方法,介绍了TI公司的控制用芯片TMS320F2812,描述了使用时间管理器EV生成三相对称SPWM的方法。
最后给出实验波形,结果表明,输出波形光滑,失真率低。
【关键词】TMS320F2818;SPWM;事件管理器【Abstract】This paper introduced method to generate the three-phase full-bridge voltage inverter SPWM Modulation principle and TMS320F2812 chip. It described the use EV generates three-phase SPWM mothod.Finally the experimental results were illustrated, the output waveform is smooth and scale distortion is low.【Key words】TMS320F2812; SPWM; Event Manager0 前言随着交流异步电机的应用日益广泛,交流伺服驱动成为现代伺服驱动的主流方向,正弦脉宽调制技术SPWM是逆变技术的核心。
早期通过模拟电路和数字电路硬件产生SPWM,虽然波形稳定精确,但结构过于复杂、参数修改麻烦。
现在主流的控制方式是通过单片机等微控制器实现SPWM的控制,随着信息化的迅速发展,需要处理的数据量的增大,对实时性和精度也提出了更高的要求,越来越多的用户开始选用DSP来提高产品的性能。
本文介绍一种DSP处理器TMS320F2812实现SPWM信号的生成,并将产生的SPWM应用于三相逆变电源。
1 SPWM生成方法将正弦波分成N份,可以将正弦半波视为N个相连的脉冲序列所成的波形,并且这些脉冲宽度都为?仔/N,幅值按正弦规律变化。
基于tms320f28035的三相电压保护程序设计
基于TMS320F28035的三相电压保护程序设计可以分为以下
步骤:
1. 初始化:设置引脚和寄存器的功能和配置。
例如,将ADC
配置为采样三相电压输入,设置GPIO引脚作为输出,用于触
发保护动作。
2. 执行ADC采样:将ADC设置为连续模式,并配置ADC通
道选择、采样速率等参数。
使用ADC启动命令开始采样,将
三相电压输入连接到相应的ADC通道。
等待ADC采样完成
的中断或定时器中断。
3. 电压检测:在ADC采样完成后,读取三相电压的ADC值,并进行处理。
可以使用移动平均滤波算法对ADC值进行平滑
处理。
4. 电压判断:根据设定的电压保护阈值,判断三相电压的状态是否正常。
例如,如果任意一相电压超过设定的最大值或低于设定的最小值,则表示存在电压异常,执行保护动作。
5. 保护动作:当电压异常时,触发保护动作。
可以通过设置GPIO引脚为高电平或低电平来控制外部继电器或断路器的动作,以保护系统。
同时,可以发送报警信号给控制器或监测系统。
6. 循环执行:程序通过循环执行以上步骤,实时监测三相电压
的状态。
可以使用定时器中断来触发循环执行,以保证保护程序的实时性。
需要注意的是,以上步骤只是一个基本的框架,具体的实现细节和保护策略可以根据实际需求进行调整和优化。
采用 DSP TMS320F28335 的三相 SPWM 变频电源的设计作者:佚名 来源:世界电子元器件 发布时间:2009-4-27 12:12:32 [收 藏][评 论]匡] 变频电源作为电源系统的重要组成部分,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。
现代变频电源以低功耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。
变频电源的整个电路由交流-直流-交流-滤波等部分构成,输岀电压和电流波形均为纯正的正弦波,且频率和幅度在一定范围内可调。
本文实现了基于 TMS320F28335的变频电源数字控制系统的设计,通过有效利用 TMS320F28335丰富 的片上硬件资源,实现了 SPWM 的不规则采样,并采用PID 算法使系统产生高品质的正弦波, 具有运算速 度快、精度高、灵活性好、系统扩展能力强等优点。
系统总体介绍根据结构不同,变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。
本文所研究的变频电源采用间接变频结构即交-直-交变换过程。
首先通过单相全桥整流电路完成交 -直变换,然后在DSP 控制下把直流电 源转换成三相SPWM 波形供给后级滤波电路,形成标准的正弦波。
变频系统控制器采用 TI 公司推出的业 界首款浮点数字信号控制器 TMS320F28335,它具有150MHz 高速处理能力,具备32位浮点处理单元,单 指令周期32位累加运算,可满足应用对于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。
与上 一代领先的数字信号处理器相比,最新的F2833x 浮点控制器不仅可将性能平均提升 50%,还具有精度更高、 简化软件开发、兼容定点 C28x TM 控制器软件的特点。
系统总体框图如图 1所示。
图1(1 )整流滤波模块:对电网输入的交流电进行整流滤波,为变换器提供波纹较小的直流电压。
(2)三相桥式逆变器模块:把直流电压变换成交流电。
其中功率级采用智能型IPM 功率模块,具有电路简单、可靠性高等特点。
Design and Implementation of Three-Phase PWM Converter Based on TMS320F28335作者: 黄日帆[1,2];王鹏[1];杨龙团[1,2];高帅[1,2];范丽波[1,2];顾波[2]
作者机构: [1]许昌学院电气工程学院,河南许昌461000;[2]华北水利水电大学电力学院,河南郑州450000
出版物刊名: 许昌学院学报
页码: 123-128页
年卷期: 2020年 第2期
主题词: 变流器;DSP;TMS320F28335;SVPWM
摘要:为了分布式光伏发电以储能微电网的形式接入到本地电网中并加以利用,设计制作了一套基于DSP处理器的并网型变流器.以TMS320F28335作为系统主控芯片,同时采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法,通过软件和硬件的结合在代码编译器(CCS)和DSP平台上进行了调试和试验验证.实验结果表明该变流器可以稳定、快速、高功率因数输出三相交流电能.该变流器在光伏发电储能微电网领域有较好的发展前景.。
采用TMS320F28335芯片实现在线式UPS不间断电源控制系统的设计引言随着计算机的普及和信息处理技术的广泛应用,不间断电源UPS在关键负载连接至公共电网方面扮演着重要角色。
它们旨在为处于任何正常或异常实用电源条件下的负载提供清洁、持续的电源。
德州仪器(TI)TMS320F28335 DSP为在线UPS设计提供增强的、经济高效的解决方案,可以高速执行多种控制算法,从而使实现高采样速率成为可能。
本文实现了基于TMS320F28335的不间断电源控制系统的设计,该系统能够在单芯片中实现在线UPS的多控制环路,从而提高集成度并降低系统成本。
数字控制还为每个控制器带来可编程性、抗噪声干扰和避免冗余电压及电流传感器的使用等优点。
DSP可编程性意味着可以使用增强的算法更新系统以提高可靠性。
系统介绍UPS系统的控制器采用TI公司推出的业界首款浮点TMS320F28335 DSP,它具有150MHz 高速处理能力,具备32位浮点处理单元,单指令周期32位累加运算,可满足应用于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。
与前代领先的DSP相比,最新的F2833x浮点控制器不仅可将性能平均提升50%,还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28xTM控制器软件的特点。
该系统总体框图如图1所示。
图1系统总体框图当市电正常时,在线式UPS输入220V交流电压,经过EMI/RFI滤波后,被送到继电器RY2。
当市电电源的电压正常时,RY1继电器处于闭合状态。
在此条件下,市电电源将分以下几路去控制后级电路的运行:(I)市电直接经交流旁路被送到常闭触点继电器RY2,然后向负载供电。
这种情况一直维持到UPS执行开机“自诊断”检测操作后,通过微处理器的调控将UPS从市电供电状态切换到逆变器供电状态为止。
采用DSP TMS320F28335的三相SPWM变频电源的设计作者:佚名来源:世界电子元器件发布时间:2009-4-27 12:12:32 [收藏] [评论]变频电源作为电源系统的重要组成部分,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。
现代变频电源以低功耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。
变频电源的整个电路由交流-直流-交流-滤波等部分构成,输出电压和电流波形均为纯正的正弦波,且频率和幅度在一定范围内可调。
本文实现了基于TMS320F28335的变频电源数字控制系统的设计,通过有效利用TMS320F28335丰富的片上硬件资源,实现了SPWM的不规则采样,并采用PID算法使系统产生高品质的正弦波,具有运算速度快、精度高、灵活性好、系统扩展能力强等优点。
系统总体介绍根据结构不同,变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。
本文所研究的变频电源采用间接变频结构即交-直-交变换过程。
首先通过单相全桥整流电路完成交-直变换,然后在DSP控制下把直流电源转换成三相SPWM波形供给后级滤波电路,形成标准的正弦波。
变频系统控制器采用TI公司推出的业界首款浮点数字信号控制器TMS320F28335,它具有150MHz高速处理能力,具备32位浮点处理单元,单指令周期32位累加运算,可满足应用对于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。
与上一代领先的数字信号处理器相比,最新的F2833x浮点控制器不仅可将性能平均提升50%,还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28x TM控制器软件的特点。
系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图(1)整流滤波模块:对电网输入的交流电进行整流滤波,为变换器提供波纹较小的直流电压。
(2)三相桥式逆变器模块:把直流电压变换成交流电。
其中功率级采用智能型IPM功率模块,具有电路简单、可靠性高等特点。
(3)LC滤波模块:滤除干扰和无用信号,使输出信号为标准正弦波。
(4)控制电路模块:检测输出电压、电流信号后,按照一定的控制算法和控制策略产生SPWM控制信号,去控制IPM开关管的通断从而保持输出电压稳定,同时通过SPI接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。
捕获单元完成对输出信号的测频。
(5)电压、电流检测模块:根据要求,需要实时检测线电压及相电流的变化,所以需要三路电压检测和三路电流检测电路。
所有的检测信号都经过电压跟随器隔离后由TMS320F28335的A/D通道输入。
(6)辅助电源模块:为控制电路提供满足一定技术要求的直流电源,以保证系统工作稳定可靠。
系统硬件设计变频电源的硬件电路主要包含6个模块:整流电路模块、IPM电路模块、IPM隔离驱动模块、输出滤波模块、电压检测模块和TMS320F28335数字信号处理模块。
整流电路模块采用二极管不可控整流电路以提高网侧电压功率因数,整流所得直流电压用大电容稳压为逆变器提供直流电压,该电路由6只整流二极管和吸收负载感性无功的直流稳压电容组成。
整流电路原理图如图2所示。
图2 整流电路原理图IPM电路模块IPM由高速、低功率IGBT、优选的门级驱动器及保护电路组成。
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。
GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低,非常适合应用于直流电压。
因而IP M具有高电流密度、低饱和电压、高耐压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。
本文选用的IP M是日本富士公司的型号为6MBP20RH060的智能功率模块,该智能功率模块由6只IGBT管子组成,其IGBT的耐压值为600V,最小死区导通时间为3μs。
IPM隔离驱动模块由于逆变桥的工作电压较高,因此DSP的弱电信号很难直接控制逆变桥进行逆变。
美国国际整流器公司生产的三相桥式驱动集成电路IR2130,只需一个供电电源即可驱动三相桥式逆变电路的6个功率开关器件。
IR2130驱动其中1个桥臂的电路原理图如图3所示。
C1是自举电容,为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量,D1可防止上桥臂导通时直流电压母线电压到IR2130的电源上而使器件损坏。
R1和R2是I GBT的门极驱动电阻,一般可采用十到几十欧姆。
R3和R4组成过流检测电路,其中R3是过流取样电阻,R4是作为分压用的可调电阻。
IR2130的HIN1~HIN3、LIN1~LIN3作为功率管的输入驱动信号与TMS320 F8335的PWM连接,由TMS320F8335控制产生PWM控制信号的输入,FAULT与TMS320F8335引脚P DPINA连接,一旦出现故障则触发功率保护中断,在中断程序中封锁PWM信号。
图3 IR2130驱动其中1个桥臂的电路原理图输出滤波模块采用SPWM控制的逆变电路,输出的SPWM波中含有大量的高频谐波。
为了保证输出电压为纯正的正弦波,必须采用输出滤波器。
本文采用LC滤波电路,其中截止频率取基波频率的4.5倍,L=12mH,C=10μF。
电压检测模块电压检测是完成闭环控制的重要环节,为了精确的测量线电压,通过TMS320F28335的SPI总线及G PIO口控制对输入的线电压进行衰减/放大的比例以满足A/D模块对输入信号电平(0-3V)的要求。
电压检测模块采用256抽头的数字电位器AD5290和高速运算放大器AD8202组成程控信号放大/衰减器,每个输入通道的输入特性为1MΩ输入阻抗+30pF。
电压检测模块电路原理图如图4所示。
图4 电压检测电路原理图系统软件设计系统上电后按照选定的模式自举加载程序,跳转到主程序入口,进行相关变量、控制寄存器初始化设置和正弦表初始化等工作。
接着使能需要的中断,启动定时器,然后循环进行故障检测和保护,并等待中断。
主要包括三部分内容:定时器周期中断子程序、A/D采样子程序和数据处理算法。
主程序流程图如图5所示。
图5 主程序流程图定时器周期中断子程序主要进行PI调节,更新占空比,产生SPWM波。
定时器周期中断流程图如图6所示。
图6 定时器周期中断流程图A/D采样子程序主要完成线电流采样和线电压采样。
为确保电压与电流信号间没有相对相移,本部分利用TMS320F28 335片上ADC的同步采样方式。
为提高采样精度,在A/D中断子程序中采用均值滤波的方法。
对A相电压和电流A/D的同步采样部分代码如下:数据处理算法本系统主要用到以下算法:(1)SVPWM算法(2)PID调节算法(3)频率检测算法SVPWM算法变频电源的核心就是SVPWM波的产生,SPWM波是以正弦波作为基准波(调制波),用一列等幅的三角波(载波)与基准正弦波相比较产生PWM波的控制方式。
当基准正弦波高于三角波时,使相应的开关器件导通;当基准正弦波低于三角波时,使相应的开关器件截止。
由此,逆变器的输出电压波形为脉冲列,其特点是:半个周期中各脉冲等距等幅不等宽,总是中间宽,两边窄,各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成比例。
这种脉冲波经过低通滤波后可得到与调制波同频率的正弦波,正弦波幅值和频率由调制波的幅值和频率决定。
本文采用不对称规则采样法,即在三角波的顶点位置与低点位置对正弦波进行采样,它形成的阶梯波更接近正弦波。
不规则采样法生成SPWM波原理如图7所示。
图中,Tc是载波周期,M是调制度,N为载波比,Ton为导通时间。
由图7得:当k为偶数时代表顶点采样,k为奇数时代表底点采样。
SVPWM算法实现过程:利用F28335内部的事件管理器模块的3个全比较单元、通用定时器1、死区发生单元及输出逻辑可以很方便地生成三相六路SPWM波形。
实际应用时在程序的初始化部分建立一个正弦表,设置通用定时器的计数方式为连续增计数方式,在中断程序中调用表中的值即可产生相应的按正弦规律变化的SPWM波。
SPWM波的频率由定时时间与正弦表的点数决定。
SVPWM算法的部分代码如下:PID调节算法在实际控制中很多不稳定因素易造成增量较大,进而造成输出波形的不稳定性,因此必须采用增量式PID算法对系统进行优化。
PID算法数学表达式为Upresat(t)= Up(t)+ Ui(t)+ Ud(t)其中,Up(t)是比例调节部分,Ui(t)是积分调节部分,Ud(t)是微分调节部分。
本文通过对A/D转换采集来的电压或电流信号进行处理,并对输出的SPWM波进行脉冲宽度的调整,使系统输出的电压保持稳定。
PID调节算法的部分代码如下:频率检测算法频率检测算法用来检测系统输出电压的频率。
用TMS320F28335片上事件管理器模块的捕获单元捕捉被测信号的有效电平跳变沿,并通过内部的计数器记录一个周波内标频脉冲个数,最终进行相应的运算后得到被测信号频率。
实验结果测量波形在完成上述硬件设计的基础上,本文采用特定的PWM控制策略,使逆变器拖动感应电机运行,并进行了短路、电机堵转等实验,证明采用逆变器性能稳定,能可靠地实现过流和短路保护。
图8是电机在空载条件下,用数字示波器记录的稳态电压波形。
幅度为35V,频率为60Hz。
图7 不规则采样法生成SPWM波原理图图8 输出线电压波形测试数据在不同频率及不同线电压情况下的测试数据如表1所示。
表1 不同输出频率及不同线电压情况下实验结果结果分析由示波器观察到的线电压波形可以看出,波形接近正弦波,基本无失真;由表中数据可以看出,不同频率下,输出线电压最大的绝对误差只有0.6V,相对误差为1.7%。
本文设计的三相正弦波变频电源,由于采用了不对称规则采样算法和PID算法使输出的线电压波形基本为正弦波,其绝对误差小于1.7%;同时具有故障保护功能,可以自动切断输入交流电源。
因此本系统具有电路简单、抗干扰性能好、控制效果佳等优点,便于工程应用,具有较大的实际应用价值。