基于TMS320F2812的逆变电源控制器设计

摘要：随着用电设备对高品质的电源和电能质量的需求日益增多，高性能逆变电源的研究越来越受到关注。首先介绍了逆变电源技术的发展现状，在介绍了芯片的特性之后，详细分析了基于TMS320F2812逆变电源控制器的硬件和软件设计，并对仿真结果进行分析总结。结果表明，该逆变电源能够得到稳定的正弦波输出。

关键词：TMS320F2812;逆变电源;控制器;正弦波

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，逆变电源技术均处于核心地位。逆变电源是一种采用开关方式的电能变换装置，它从交流或直流输入获得稳压、稳频的交流输出。近年来，现代逆变电源越来越趋向于高频化，高性能，模块化，数字化和智能化。

文中研制的逆变电源控制系统以TMS320F2812作为控制核心，它是一种支持实时仿真的32位微控制器，内部具有UART、SCI总线、SPI总线、PWM、定时器、ADC、CAN总线控制器等众多外围部件，功能强大。主要实现PWM产生、AD转换、DA转换、SCI、开关量检测、继电器驱动以及其他信号控制。

1 基于TMS320F2812逆变电源的总体设计

1.1 DSP控制器TMS320F2812性能

TMS320F2812芯片是TMS320C28x系列中的一种，它采用先进的改进型哈佛结构，其程序存储器和数据存储器具有各自的总线结构，从而它的处理能力达到最大;它的指令执行速度为150 MIPS，这种高性能使复杂控制算法的实时执行成为可能。同时，其CPU支持基于C/C++编程，很大程度上减轻了开发者的负担。TMS320F2812芯片的主要性能如下：

1)高性能静态CMOS(Srate CMOS)技术

时钟频率为150 MHz，时钟周期为6.67 ns。

低功耗(核心电压1.8V，I/O口电压和flash编程电压均为3.3 V)

2)高性能32位中央处理器

32位算术逻辑单元(ALU)，可得64位计算结果，哈佛总线结构，八级流水线，独立存储器空间，可达4 M字的程序地址和数据地址

3)片内存储器和外部存储器接口

片内存储器包含：128 k Flash存储器，1 k OTP型只读存储器，18 k SARAM

外部存储器接口包括：多达1M的存储器，可编程等待状态数，可编程读写选通(Strobe Timing)，3个独立的片选端

4)最多有56个独立的可编程、多用途输入输出(GPIO)引脚

5)丰富的串口外围设备

串行外围接口SPI，采用标准的UART的串行通信接口SCIS，改进的局域网络eCAN以及多通道缓冲串行接口McBSP

1.2 电源总体结构

本文研究的是基于TMS320F2812的电源系统，系统总体结构由主电路和控制电路组成，系统总体结构图如图1所示。

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1.3 主回路结构

主回路由两大部分组成：整流滤波电路和三相全桥逆变电路。整流滤波电路将三相交流电变成直流电，三相全桥逆变电路将直流电变成三相交流电。主回路结构示意图如图2所示。

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图中U、V、W为三相交流电源输入，采用了三相可控整流电路，通过改变直流母线电压的方式来改变输出脉冲的电压。整流部分采用了2组晶闸管整流模块，分别为逆变器输出的正脉冲和负脉冲供电。通过控制晶闸管的触发角就能控制直流母线电压。逆变电路是该系统的核心部分，输出脉冲的频率、占空比、脉冲个数、死区时间、加工模式以及加工时间段都是通过逆变电路进行控制。

2 控制系统硬件设计

2.1 控制器的组成

控制器以TMS320F2812数字信号处理器为主控芯片，主要实现PWM产生、AD转换、DA转换、SCI、开关量检测、继电器驱动以及其他信号控制。

A/D转换部分：信号前端处理，分别采集正负脉冲电压值和电流值

D/A转换部分：将设置值转换为晶闸管的触发角，并把该值送到相应的晶闸管模块

输入输出部分：产生一些输入和输出信号，主要是PWM、开关量以及继电器驱动

控制器总体结构示意图如图3所示。

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2.2 IGBT的选型

逆变电路承担功率输出的任务。每一个桥臂上采用多个较小开关容量的IGBT进行并联，用多组IGBT实现脉冲功率信号的输出。

2.2.1 IGBT额定电压UCEP的确定

IGBT位于逆变桥上，其输入端与电力电容并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此，在设计时可以适当的降低安全欲量。最大集射间电压为：

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式中，1.1为过电压保护系数;α为安全系数，一般取1.1;100为di/dt引起的尖峰电压。

选取时必须使额定电压UCEP≥UCESP，考虑到IGBT的实际电压等级，这里取UCEP=1 700 V。

2.2.2 IGBT额定电流IC的确定

流过IGBT的最大峰值电流为：

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式中，Id(max)为最大平均电流;α为输出脉冲的占空比，α=0.1时为最小占空比，ICM为最大峰值电流。最大峰值电流持续的时间为10 ms。考虑到电源输出的平均电流较小，而峰值电流持续的时间短的特点，本设计选用德国英飞凌公司的IGBT模块，型号：FF1200R17KE3(其耐压值为