一款基于DSP的三相SPWM变频电源电路的设计

图4电压检测电路原理图

系统软件设计

系统上电后按照选定的模式自举加载程序，跳转到主程序入口，进行相关变量、控制寄存器初始化设置和正弦表初始化等工作。接着使能需要的中断，启动定时器，然后循环进行故障检测和保护，并等待中断。主要包括三部分内容：定时器周期中断子程序、A/D采样子程序和数据处理算法。主程序流程图如图5所示。

图5主程序流程图

定时器周期中断子程序

主要进行PI调节，更新占空比，产生SPWM波。定时器周期中断流程图如图6所示。

图6定时器周期中断流程图

A/D采样子程序

主要完成线电流采样和线电压采样。为确保电压与电流信号间没有相对相移，本部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采样方式。为提高采样精度，在A/D中断子程序中采用均值滤波的方法。

对A相电压和电流A/D的同步采样部分代码如下：

interrupt void adc_isr（void）

{

if（counter==0）

{

receive_a0_data[i++] = AdcRegs.ADCRESULT0>>4；//右移四位

receive_b0_data[j++] = AdcRegs.ADCRESULT1>>4；//右移四位

}

if（counter>=1）

{ //对结果取平均，平滑滤波

receive_a0_data[i++] = （receive_a0_data[i0++]+（AdcRegs.ADCRESULT0>>4））/2；

receive_b0_data[j++] = （receive_b0_data[j0++]+（AdcRegs.ADCRESULT1>>4））/2；

}

if（i==512） {i=0；i0=0；}

if（j==512） {j=0；j0=0；counter++；}

AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1 =1；//复位排序器

AdcRegs.ADCST.bit.INT_SEQ1_CLR = 1；//清中断标志位

PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1；//开中断应答

}

数据处理算法

本系统主要用到以下算法：（1）SVPWM算法（2）PID调节算法（3）频率检测算法

SVPWM算法

变频电源的核心就是SVPWM波的产生，SPWM波是以正弦波作为基准波（调制波），用一列等幅的三角波（载波）与基准正弦波相比较产生PWM波的控制方式。当基准正弦波高于三角波时，使相应的开关器件导通；当基准正弦波低于三角波时，使相应的开关器件截止。由此，逆变器的输出电压波形为脉冲列，其特点是：半个周期中各脉冲等距等幅不等宽，总是中间宽，两边窄，各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成比例。这种脉冲波经过低通滤波后可得到与调制波同频率的正弦波，正弦波幅值和频率由调制波的幅值和频率决定。

图7不规则采样法生成SPWM波原理图

本文采用不对称规则采样法，即在三角波的顶点位置与低点位置对正弦波进行采样，它形成的阶梯波更接近正弦波。不规则采样法生成SPWM波原理如图7所示。图中，Tc是载波周期，M是调制度，N为载波比，Ton为导通时间。

由图7得：

当k为偶数时代表顶点采样，k为奇数时代表底点采样。

SVPWM算法实现过程：

利用F28335内部的事件管理器模块的3个全比较单元、通用定时器1、死区发生单元及输出逻辑可以很方便地生成三相六路SPWM波形。实际应用时在程序的初始化部分建立一个正弦表，设置通用定时器的计数方式为连续增计数方式，在中断程序中调用表中的值即可产生相应的按正弦规律变化的SPWM波。SPWM波的频率由定时时间与正弦表的点数决定。

SVPWM算法的部分代码如下：

void InitEv（void）

{

EALLOW；

GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x00FF；

EDIS；

EvaRegs.EVAIFRA.all = 0xFFFF；//清除中断标志

EvaRegs.T1PR= 2500；//定时器1周期值；定时0.4us*2500=1ms

EvaRegs.T1CMPR = XPWM；//比较值初始化

EvaRegs.T1CNT = 0；EvaRegs.T1CON.all = 0xF54E；//增模式；TPS系数80M/32=2.5M；T1使能；

EvaRegs.ACTR.all = 0x0006； //PWM1，2低有效

EvaRegs.DBTCONA.all = 0x0534； //使能死区定时器1，分频80M/32=2.5M，死区时

//间5*0.4us=2us

EvaRegs.COMCONA.all = 0xA600； //比较控制寄存器

EvaRegs.EVAIMRA.all = 0x0080；

}

PID调节算法

在实际控制中很多不稳定因素易造成增量较大，进而造成输出波形的不稳定性，因此必须采用增量式PID算法对系统进行优化。PID算法数学表达式为

Upresat（t）= Up（t）+ Ui（t）+ Ud（t）

其中，Up（t）是比例调节部分，Ui（t）是积分调节部分，Ud（t）是微分调节部分。

本文通过对A/D转换采集来的电压或电流信号进行处理，并对输出的SPWM波进行脉冲宽度的调整，使系统输出的电压保持稳定。

PID调节算法的部分代码如下：

float PIDCalc（ PID *pp， int NextPoint ）

{

int dError，Error；

Error=pp->SetPoint*10-NextPoint； //偏差

pp->SumError+= Error； //积分

dError=pp->LastError-pp->PrevError； //当前微分

pp->PrevError = pp->LastError；

pp->LastError = Error；

return

（（pp->Proportion） * Error //比例项

+ （pp->Integral） * （pp->SumError） //积分项

+ （pp->Derivative） * dError）； //微分项

}

频率检测算法

频率检测算法用来检测系统输出电压的频率。用TMS320F28335片上事件管理器模块的捕获单元捕捉被测信号的有效电平跳变沿，并通过内部的计数器记录一个周波内标频脉冲个数，最终进行相应的运算后得到被测信号频率。

实验结果

测量波形

在完成上述硬件设计的基础上，本文采用特定的PWM控制策略，使逆变器拖动感应电机运行，并进行了短路、电机堵转等实验，证明采用逆变器性能稳定，能可靠地实现过流和短路保护。图8是电机在空载条件下，用数字示波器记录的稳态电压波形。幅度为35V，频率为60Hz.