基于DSP28335的三相逆變器設(shè)計(jì)

宋宏彪 周艷 唐騰 鄧澤平

摘要：三相逆變電源在工業(yè)領(lǐng)域、電力電子領(lǐng)域和日常生活中都有著廣泛的應(yīng)用，研究三相逆變器有利于我們更好的利用電能。本論文研究的就是基于DSP28335的三相逆變器設(shè)計(jì)，將直流600V轉(zhuǎn)換為交流380V，通過設(shè)計(jì)逆變電路、濾波電路、采集電路、驅(qū)動(dòng)電路來共同實(shí)現(xiàn)的。本次設(shè)計(jì)的硬件設(shè)備主要有功率開關(guān)器件MOSFET管、DSP28335開發(fā)板、驅(qū)動(dòng)芯片TLP250等等，軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面一是利用DSP28335開發(fā)板編寫程序使其發(fā)出PWM信號(hào)來控制功率開關(guān)管的關(guān)斷：另一方面是利用DSP28335的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊編寫程序?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電供DSP28335開發(fā)板工作，最后在選擇基于SPWM的脈沖寬度調(diào)制方式，試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制器可以實(shí)現(xiàn)三相逆變功能。

關(guān)鍵詞：DSP28335;三相逆變;SPWM;脈沖寬度調(diào)制

1 引言

逆變能源技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和其應(yīng)用將越來越重要。21世紀(jì)是我國實(shí)現(xiàn)人類新能源開發(fā)、資源的綜合利用與對生態(tài)環(huán)境的綜合保護(hù)相有機(jī)結(jié)合協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要?dú)v史關(guān)鍵世紀(jì)，能源的綜合利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與清潔可再生能源的再利用與開發(fā)，是我國實(shí)現(xiàn)人類新能源的綜合利用清潔資源的重要組成部分[1-3]。同時(shí)當(dāng)今世界主要化石生物燃料將逐漸被人類完全廢棄和大量耗盡，氫氣等可再生能源與其他可再生利用能源將逐步地完全取代了傳統(tǒng)的太陽能和化石生物燃料而逐步發(fā)展成為當(dāng)今人類的生活中可使用的一種主體可再生能源，這種主體能源的發(fā)展變遷將極大地使得新能源發(fā)電的方式發(fā)生一次大的變革，使用高效的氫再生能源和使用可再生能源的高效低污染的化石燃料和動(dòng)力電池發(fā)電的方式，將逐步發(fā)展成為人類主體能源發(fā)電的方式。

2 三相逆變器的硬件設(shè)計(jì)

基于DSP28335的三相逆變電源的總體設(shè)計(jì)原理：輸入的直流電通過逆變電路逆變成交流電輸出，然后通過濾波電路去除高次諧波輸入給電壓電流采樣電路，電壓電流采樣電路將采集到的高電壓和大電流轉(zhuǎn)換成DSP主芯片能夠進(jìn)行處理低電壓和小電流，而單相逆變電路的關(guān)斷又是靠DSP主控電路發(fā)出的SPWM脈沖來進(jìn)行控制的，但是由于DSP主控電路發(fā)出的SPWM脈沖信號(hào)太小不足以驅(qū)動(dòng)單相逆變電路的功率開關(guān)管，所以本次設(shè)計(jì)還設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路，來驅(qū)動(dòng)三相逆變電路。

本次逆變電源設(shè)計(jì)的主控電路是由DSP28335的最小系統(tǒng)其組成的，其包括以下4個(gè)方面：

（1）電源電路

由于DSP2835中的內(nèi)核電壓為1.9V和3.3V所以必須通過其外圍電源模塊中的電壓轉(zhuǎn)換芯片TD6821將高電壓轉(zhuǎn)換過來。

（2）復(fù)位電路

當(dāng)我們的系統(tǒng)處于死機(jī)或者癱瘓情況時(shí)，我們可以通過按下復(fù)位鍵使得我們的程序重新運(yùn)行，由于DSP28335的復(fù)位芯片是低電平有效，所以其復(fù)位鍵RST1一端連著地，一端直接連接復(fù)位管腳，所以當(dāng)我們按下復(fù)位鍵時(shí)復(fù)位芯片就直接接入低電平，將我們的系統(tǒng)復(fù)位，同樣的我們開機(jī)時(shí)也會(huì)自動(dòng)復(fù)位，由于RC電路的存在。

（3）時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路是DSP28335工作的基礎(chǔ)，而本次設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路是采用的是內(nèi)置振蕩器時(shí)的接法，只要在X1與X2時(shí)鐘芯片引腳之間接一個(gè)晶振就可以構(gòu)成時(shí)鐘電路。

（4）下載電路

下載電路就是通過DSP28335中的JTAG模塊來進(jìn)行運(yùn)行的，因?yàn)槲覀兯_發(fā)DSP的仿真器都是JTAG的標(biāo)準(zhǔn)接口，通過JTAG接口進(jìn)行程序的燒入和調(diào)試，為工程的開發(fā)提供方便。

此外，采集電路的對電源的輸出品質(zhì)非常重要，同樣也影響著輸出電壓的精確度，所以在本次設(shè)計(jì)中分別設(shè)計(jì)了電壓采集電路和電流采集電路，把采集到的電壓和電流傳送給DSP28335芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。

（1）電壓采集電路

電壓采集一般情況下有三種方法分別是霍爾傳感器檢測法、電阻分壓檢測法和電壓互感器檢測法，出于對成本等因數(shù)的考慮，本次設(shè)計(jì)采用的是電壓互感器檢測法。

（2）電流采集電路

電流的采集電路和電壓采集電路一樣也分為三種，同樣出于綜合因素考慮本次電流采樣電路采用的也是電流互感器檢測法。

因?yàn)镈SP28335芯片所產(chǎn)生的PWM信號(hào)電壓不足以控制逆變電路的功率開關(guān)管的關(guān)斷，所以我們必須要設(shè)計(jì)一個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)電路來放大DSP28335產(chǎn)生的PWM信號(hào)。

目前市場上有很多成熟的驅(qū)動(dòng)芯片，例如TLP250、TLP108、IR2110、IR2304等等一系列驅(qū)動(dòng)芯片，在本次的逆變設(shè)計(jì)中出于對DSP主芯片的保護(hù)采用的是TLP250光耦驅(qū)動(dòng)芯片，TLP250光耦驅(qū)動(dòng)芯片結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好。TLP250芯片具有8腳直插封裝，工作電壓足夠大，輸出電流最高可以大于1.0A，而且它的最小隔離電壓可以大于1000V，對輸入和輸出都可以進(jìn)行有效的隔離。

TLP250芯片是利用15V的電源電壓來進(jìn)行供電的，DSP28335在產(chǎn)生PWM信號(hào)后，通過電阻R1連接引腳2上面，其二極管剛接受時(shí)的電流只有幾毫安，但是經(jīng)過其內(nèi)部的電流放大電路和互補(bǔ)電路，使得輸出的電流最可以到達(dá)1.5A，通過引腳6和引腳7間的限流電阻把電流傳送給功率開關(guān)管的柵極，同時(shí)可以減少電阻R2來增大輸出電流提高開關(guān)的開斷速度，同理也可以合理選擇電阻R3的阻值來提高開關(guān)的開斷速度。

因?yàn)楸敬屋敵龅碾妷翰ㄐ螢榈确坏葘挼母哳l脈沖波，這種波形不僅包含基波而且還包括高次諧波，所以要在電壓的輸出端設(shè)計(jì)濾波電路來消除高次諧波，得到基波，基于前人經(jīng)驗(yàn)本次設(shè)計(jì)采用的是LC低通濾波電路來進(jìn)行濾波。

在實(shí)際電路應(yīng)用中根據(jù)輸出的電流電壓選擇合適的電感與電容就可以快速而高效的濾波。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于SPWM功能的實(shí)現(xiàn)，本次設(shè)計(jì)中的三相SPWM脈寬調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生是由ePWM外設(shè)模塊中的四大基本子模塊時(shí)TB、CC、AQ和DB共同來完成的。SPWM采用查表的方式，表格實(shí)際為類似一個(gè)正弦波信號(hào)的比例值，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，按正弦波的比例依次取出表格中的值，送入ePWM中，產(chǎn)生按脈沖時(shí)間面積與正弦波等效的等幅窄脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率電路，輸出高壓等幅脈沖信號(hào)。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)研制了一款基于DSP28335的三相逆變器，采用SPWM控制策略，試驗(yàn)結(jié)果表明，逆變器輸出波形接近三相正弦波，三相波形錯(cuò)相120度，可以滿足負(fù)載的需要。試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期相符，對于工程實(shí)踐具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]劉華亮，李建英，覃杭湖，周青山.三相SPWM逆變器的研究與設(shè)計(jì)[J]. 電子世界. 2020，（07）：201-203。

[2]聶俊飛，羅婷，鄒陸華，黃強(qiáng).基于STM32的SPWM三相逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 邵陽學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2019，16（02）：15-21.

[3]Hamadullah.基于DSP的三相逆變器研究[D]. 長春工業(yè)大學(xué)，2018.

作者簡介：宋宏彪，男，漢，湖南懷化，1986.11，碩士，工程師，懷化學(xué)院，湖南省懷化市，研究方向：現(xiàn)代電力電子技術(shù)及系統(tǒng)。

資助項(xiàng)目：基于新型電力電子器件的光伏并網(wǎng)逆變器研究，2020，省教育廳科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：20C1492。