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(hào)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(duì)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(duì)其歸納電氣體系中的各電氣設(shè)備進(jìn)行功能測(cè)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(hào)的收集與處理，然后判別出體系的作業(yè)狀況，對(duì)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(cè)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(cè)驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部，減小了測(cè)驗(yàn)設(shè)備的體積，提高了測(cè)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(guò)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(cè)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(kāi)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(hào)，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(cè)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(hào)。
1.6 驅(qū)動(dòng)與維護(hù)電路
（1）封閉PWM操控信號(hào)維護(hù)。
IPM的PWM操控信號(hào)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(hào)送入74LS640的使能端。當(dāng)IPM沒(méi)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(hào)，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(guò)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(guò)流，經(jīng)過(guò)丈量微處理器輸出的PWM信號(hào)，發(fā)現(xiàn)同一橋臂的操控信號(hào)在主電路為高壓大電流狀況下很容易疊加攪擾信號(hào)，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(yáng)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(hào)程序規(guī)劃；2）平均值安穩(wěn)程序規(guī)劃；3）輸出過(guò)壓維護(hù)程序規(guī)劃。
雙極性SPWM操控信號(hào)選用對(duì)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(lái)，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(hào)經(jīng)濾波采樣后，與給定信號(hào)進(jìn)行對(duì)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(guò)壓維護(hù)選用限幅對(duì)比法，反應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波采樣后，與限定值進(jìn)行對(duì)比，若超出，則輸出維護(hù)信號(hào)，中止主電路運(yùn)行，完結(jié)輸出過(guò)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(guò)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(hào)，經(jīng)過(guò)給定信號(hào)與反應(yīng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)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(hào)，完結(jié)對(duì)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(cè)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。
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