基于DSP的高壓變頻器控制方法分析

聶夢麒　郝成

摘 要：主要介紹了一種基于32位DSP芯片TMS320F2808的高壓變頻器電流電壓采樣電路，詳細闡述了該采樣電路的工作原理及拓撲結構。講述了高壓變頻器的電路特點及其性能，針對性的設計了變頻器高壓側電壓電流采樣電路，該電路設計中主要包括輸入輸出電壓取樣電路，輸入輸出電流采樣電路，DSP控制部分，最后通過對A/D轉換結果的分析，表明該設計能夠檢測得出有效的高壓變頻器三相輸入輸出信號，具有一定的實際應用價值。

關鍵詞：DSP；高壓變頻器；控制方法

通過現代數字控制技術提高電機的控制性能，從而提高電機的運行效率，符合大力倡導“節能減排”的社會發展趨勢。很多國際知名公司（如Microchip，TI，ADI等）均先后向市場推出電機專用控制DSP芯片，實現DSP功能特點的同時融合了單片機的控制功能，集成了多種電機外圍控制電路，如定時計數電路、單相或三相可編程PWM電路、A/D轉換電路、CAN總線收發電路、異步通信電路等。在電機控制系統的設計過程中，采取DSP數字控制技術，能夠快捷地完成具有高性能的電機嵌入式的控制方案，從而有效降低研發成本，縮短設計周期。

1 從硬件方面分析

1.1 單元串聯型拓撲結構

該種結構的高壓變頻器將多個相獨立的低壓功率電平串聯起來，從而實現高壓輸出。電網電壓經過二次側多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交一直一交PWM電壓源型逆變器結構，將相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y聯結結構，實現變頻變壓的高壓直接輸出，供給高壓電動機。每個功率單元分別由輸入變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。

對于帶分離直流電源的串聯型多電平逆變器來說，要獲得更多的電平只需將每相所串聯的單元逆變橋數目同等增加即可。一般二極管鉗位式、電容鉗位式限于七或九電平，串聯型結構因無二極管和電容的限制，電平數可較大，適合更高電壓，諧波含量更少。

1.2 輸入輸出電壓采樣電路

由圖1可知，該高壓變頻器輸入輸出端有電壓采集單元，該單元采用高壓大電阻限流方式，將高壓信號轉換為小電流信號輸給圖1所示電壓采樣電路，該電路含電流轉電壓一射極跟隨一電平轉換一限幅保護四大功能，如圖1所示，處理后電壓范圍為0-3V，進行A/D采樣。

2 DSP功能實現

2.1 DSP功能

DSP功能實現原理框圖如圖2。DSP芯片能夠完成輸入輸出電壓及電流的采樣和A/D算法，能夠測算出電壓頻率，并與主控制芯片建立CAN通信，同時在調試過程中與上位機建立485通訊通道，此外，還外接有繼電器、光耦等器件。

2.2 控制方法硬件功能實現

單元串聯變頻器的工作原理是串聯多個功率單元，從而實現高電壓輸出，輸出波形的改善可以通過串聯的單元多電平逆變技術來實現，然而功率單元如何合理分配出力這一新問題需進一步解決。這就要求PWM調制時，既要控制輸出波形諧波，又要合理分配各單元出力。現階段應用和研究中的多電平控制方案種類較多，并且采用不同的PWM控制方案時，多電平逆變器的性能相差甚遠。目前應用最為廣泛的PWM控制方案為載波調制及空間矢量調制兩種，關于兩者的研究和報告也最多。這兩種方法的控制效果差異明顯，如電壓利用率和諧波含量等性能截然不同。

與常規的兩電平逆變器不同的是，多電平逆變器因其特殊的調制方案，使得該逆變器在實際應用時產生復雜的脈沖分配，然而現有的DSP（數字信號處理器）因其接口限制只能用于常規的兩電平逆變器。這就是為什么采用DSP的逆變器器件之間出現驅動脈沖接口問題。

3 結束語

目前，高壓變頻器技術還處于快速發展階段，其發展方向是性能更可靠、成本更低、效率及輸入功率因數更高、諧波更低等。近來在高壓變頻器控制技術領域發展較為迅速的是級聯型多電平高壓變頻器，這是因為其具有輸出波形好、輸入功率因數高、輸入輸出諧波小等優勢。

參考文獻：

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[2]何湘，陳阿蓮.多電平變換器的理論和應用技術[M].北京：機械工業出版社，2005.