兩種優(yōu)化開關(guān)模式在高頻SVPWM逆變電源中的應(yīng)用

作者：時(shí)間：2011-02-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://www.2s4d.com/article/179682.htm

(a) 模式1

(b) 模式2

圖3 兩種對稱的優(yōu)化開關(guān)模式

(a) 模式1

(b) 模式2

圖4 兩種不對稱的優(yōu)化開關(guān)模式

2 高頻SVPWM逆變器的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

高頻逆變電源要求控制器能夠在最短的時(shí)間內(nèi)，完成全部控制運(yùn)算。對各種單片機(jī)和DSP的性能進(jìn)行比較篩選后，本文設(shè)計(jì)的逆變器數(shù)控系統(tǒng)采用TI公司DSP24x系列的最新成員TMS320LF2407A。該芯片具有同類DSP中最優(yōu)越的一些性能，只需一片TMS320LF2407A即可實(shí)現(xiàn)高頻SVPWM逆變電源數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在TMS320LF2407A時(shí)鐘輸入引腳上接20MHz晶振，后經(jīng)內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻后得40MHz時(shí)鐘頻率，這樣指令執(zhí)行周期可縮為25ns，較C240DSP速度整整提高了1倍。另外，TMS320LF2407A還具有外部集成度更高，程序存儲器更大，A/D轉(zhuǎn)換速度更快的特點(diǎn)，且其獨(dú)特的空間矢量PWM波形產(chǎn)生電路，更為完成高頻SVPWM算法提供了方便，同時(shí)可使數(shù)字控制系統(tǒng)最小化。

對于輸出頻率為1000Hz的逆變器，開關(guān)頻率至少要在20kHz以上，但是開關(guān)頻率過高又會給DSP的運(yùn)算及A/D轉(zhuǎn)換帶來壓力。另外，死區(qū)時(shí)間在理想脈寬中所占的比例過大，對調(diào)制線性度也會造成不良影響，經(jīng)權(quán)衡，本系統(tǒng)控制周期取為23.8μs，這樣采用優(yōu)化模式1時(shí)的開關(guān)頻率為6的倍數(shù)42kHz，而采用優(yōu)化模式2，開關(guān)頻率僅為28kHz。普通的IGBT已經(jīng)無法承受這么高的開關(guān)頻率，所以，逆變器主電路采用分立MOSFET(IRFPC60)組成的三相橋式電路結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)高頻信號驅(qū)動(dòng)，和最大地簡化電路，硬件設(shè)計(jì)中除了采用貼片式DSP外，還采用IR公司的高壓浮動(dòng)MOS柵極驅(qū)動(dòng)芯片IR2130。

圖5為逆變器系統(tǒng)示意圖。實(shí)際工作時(shí)，DSP在每個(gè)控制周期中經(jīng)A/D采樣頻率給定信號后，根據(jù)V/F控制原理和改進(jìn)的SVPWM算法，選擇優(yōu)化開關(guān)模式，來產(chǎn)生6路PWM信號，經(jīng)高速光耦隔離后送IR2130驅(qū)動(dòng)6個(gè)MOS管來帶動(dòng)一個(gè)三相感性負(fù)載工作。

圖5 逆變器系統(tǒng)示意圖

IR2130為單電源＋15V工作；可直接驅(qū)動(dòng)600V高壓系統(tǒng)；自帶硬件死區(qū)和欠壓鎖定功能與過流保護(hù)功能；通過外圍自舉電路，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)3個(gè)橋臂的6個(gè)MOS管。注意到采用圖3所示優(yōu)化開關(guān)模式2時(shí)，生成的PWM波中會出現(xiàn)一段長時(shí)間導(dǎo)通或關(guān)斷的脈沖信號，這就要求IR2130的自舉電容能夠提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電荷，否則，將無法驅(qū)動(dòng)高端MOS管。自舉電容所需的最小電容值，可由式（5）計(jì)算。

C≥牛5）