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囗研究报告
仪器仪表用
doi:10.3969/j.issn.1671-1041.2011.05.002
基于DSP的可编程交流电源研究
强克坤
(安徽工业大学电气信息学院,马較山243002)
摘要:交直流电压源是电源实验室与科研机构必不可少的工具,针对幅值和相位连续可调交流电压源价格昂贵而直流电压
源价格便宜且广泛应用于实验室中。本文研究了一种以直流电压源为输入,幅值频率可调的可编程电源。该电路由一个前
级 Boost电路和一个后级全桥逆变电路组成。同时,逆变电路采用倍频调制,电压电流双环控制,动态性能优越。通过制作
一台以DSP为核心处理器的样机,验证了控制策略的优越性。
关键词;可编程交流电源;双环控制;SPWM
中图分类号:TH861
文献标志码:A
Programmable AC power supply research based on DSP
QIANG Ke-kun
School of Electrical Engineering and Information, Anhui University of Technology, Maanshan 234001, China)
Abstract AC and DC voltage source is indispensable tool in the power laboratories and research institutions. Continuous-
ly adjustable amplitude and phase of AC voltage source is expensive, while DC voltage source is cheaper and wid
spread. In this paper, we realize programmable power, that output adjustabe amplitude frequency using DC voltage
source. The circuit consists of Boost circuit and full-ride inverter circuit. Inverter circuit use frequency modulation
double-loop control, and dynamic peformance is superior. At last, we make the prototype based on DSP, that verify the
superiority of the control strategy.
Key words programmable AC power source; double loop control; SPWM
0引言
r二.
交直流电压源广泛地应用于产品测试和新产品
S2」
研发,频率和相位连续可调的髙精度交流电压源价格
较为昂贵,而小功率直流电压源价格较低,且广泛应
用于电力电子实验室中。本文研究了一种使用
小功率直流电压源经过前级 Boost升压电路后,再道
变成幅值相位连续可调的高精度可编程交流电压源。
逆变器
可编程交流电源以公司生产的数字信号处理器
图1主电路拓扑结构
(TMS320F2812)为核心处理器,该处理器是I生产
的专门针对工控行业的处理器,具有运算速度快,AD
工作状态分析
精度高,控制方便,价格适中等优点。数字信号处
由图1可知,本文所研究的可编程交流电源主要
理器主要完成AD采样,运算处理,PWM输出及其与由一个前级Bo0t电路和一个后级逆变电路组成。
上位机通信。主电路的拓扑结构如图1所示。
Boot电路把低压电压源转化成高压,进而满足后级
7彭朋,韩伟力,赵一鸣,周建锁,董浩然.基于RFID的物联作者简介:顾鹏(1988),女,硕士研究生,通信与信息系统专
网安全需求研究[J].计算机安全,2011,(01):75-79.
业;任家富(1965-),男,教授,从事通信技术应用、测量控制技
[8]朱红儒,齐旻鹏.物联网安全间题不容忽视[N].北京:人术应用、核技术应用;吴贵莎(1986-),女,颋士研究生,通信与
民邮电,2010-02-04(7)
信息系统专业。
[9」李振汕,物联网安全问题研究[J].物联网安全研究:收稿日期:2011-04-28
2010,(12):1-3
4 EIC Vol 18 2011 No5
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口研究报告?
逆变单元幅值调节的要求。设定交流电压的幅值和时,PI的运算结果减小,开关管SI1的占空比减小,进
频率由上位机给定,通过SPI通信将设定参数传递给而使C1两端电压降低。通过对占空比的不断调节
数字信号处理器,进而控制开关管52,S3,S4,S5导通使输出电压值与设定电压值相等。
的占空比,产生所需的交流电压。
随着电力电子技术的发展,各种仪器对输入交流
1.1 Boost电路分析
电压的品质有了更高的要求。为满足各种仪器仪表
当功率开关管S1导通时,电感Ll两端的电压为的需要,该逆变电路采用电压外环,电流内环的双环
直流电压源电压E,电感L1的电流线性上升,L1所控制。与单电压环控制相比,双环控制能够提高
储存的能量增加,二极管D1承受反向电压而截止,系统的动态性能。电压传感器和电流传感器分别采
电容C1提供后级能量,电容储存的能量减小。当功样逆变器的输出电压和输出电流,传感器的输出经过
率开关管S1截止时,二极管D1承受正向电压导通,调理后进行DSP的AD采样。输出电压给定的幅值
电感L1所存储的能量与直流电压源共同通过二极管值和频率由上位机给定,设定电压值与AD采样电压
D1对电容C1充电并为负载提供能量,电感IL的电值进行P运算,其输出结果作为电流值的给定,与
流线性下降,电容存储的能量增加。
AD采样的电流值进行比例运算,其输出的结果与两
1.2逆变电路分析
个三角波载波作比较,产生PWMI、PWM2、PWM3、PWM4
逆变电路的调制可分为单极性调制,双极性调制信号,分别作为功率开关管S2、S3、?、S5的驱动倍号
和倍频调制。倍频调制与其它两种调制方式相3软件设计
比,开关管的等效频率增加一倍,因而使用倍颍调制,
该系统的软件设计主要包括上位机软件设计和
可以减小滤波器的尺寸,减少开关管的开关损耗,进
而提高整机效率。调制波与双三角波载波进行比
DSP控制器的软件的设计。其中,DSP控制器的软件
设计主要包括与上位机通信的设计,控制算法的设计
较,当调制波大于三角波载波1时,S2为高电平,S3
及主程序的设计。系统运行后,DSP首先进行系统初
为低电平,反之,S2则为低电平,S3则为高电平。当
始化,AD初始化,I0口初始化,定时器初始化和中断
调制波大于三角波载波2时,S4为低电平,S5为高电初始化及使能。主程序主要是清看门狗程序,防止程
平,反之,S4则为高电平,S5为低电平,如图2所示。当
序意外跑飞。控制算法在妵时器1的中断中完成
S2、S5同时导通时,两桥臂中点电压UAB等于E,当3、在定时器1的中断中,完成Bo0t电路的闭环P控制
S4同时导通时,两桥臂中点电压UAB等于-E,否则,两及PWMI输出,启动AD