基于DSP控制的数字移相器 变压变频器模块的设计

图9 TLP250光耦直接驱动IGBT

　　系统启动后，设置输出调制正弦波频率为50Hz（±0.01Hz），死区时间4.0μs时的SPWM经过74HC244N缓冲驱动后波形如图10所示，死区时间如图11所示，以上桥臂1（PWM1）和下桥臂4（PWM2）为例，上下对称，其中CH1通道观测PWM1，CH2通道观测PWM2。

图10 EVA事件管理器输出的SPWM波经过光耦驱动后的SPWM波形

　　由DSP的EVA事件管理器输出的SPWM波经过光耦驱动后的SPWM波形见图10。

　　IGBT逆变桥上下桥臂波经过光耦驱动后死区时间情况如图11所示。

图11 EVA事件管理器输出的SPWM波经过光耦驱动后死区时间情况

　　2 A/D转换采样电路的设计

　　本设计选用Agilent公司的HCNR200/201。线性光耦真正隔离的是电流，要想真正隔离电压，需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路。

　　如图12所示，输入端电压为Vin，输出端电压为Vout，有：VOUT=K3（R2/R1）VIN，其中，K3=1+0.05。一般取R2=R1，达到只隔离，不放大的目的。

　　输入VIN=0～12V，输出等于输入，采用LM324运放集成芯片，电路如图12所示。

图12 线性光耦隔离电路

　　由于光耦会产生一些高频的噪声，通常在R2处并联电容，构成低通滤波器，取C=10pF，有微小相移，约1.5kHz—0.2°，可以忽略。电阻R1和R2采用精密电阻，以达到最好的线性关系1:1。

　　采样电阻分压后，通过高精度线性光耦隔离，采样信号Vout经过一级电压跟随器后，输入ADC，经ADC模块转换为数字量，进行PID运算处理后，输出给调节量。

　　3 过流、过压保护单元设计

　　① 过流保护单元设计

　　过流保护电路如图13所示。

图13 过流保护电路图

　　过流保护的整定值可以通过改变R8来调节，当IIN—IOUT的电流超过整定值，电路输出端送给处理器(DSP)或逻辑控制电路一个高电平信号（+5V），最终由控制回路调整主回路设置(如断电)，从而实现过流保护。

　② 过压保护单元设计

　　过压保护电路的基本原理和过流保护基本想同，唯一不同的是过压保护电路不需要电流互感器，将LM393第二引脚直接与分压采样电阻想连。这里不再赘述。

　　实验及结果分析

　　频率输出设定为50～100Hz时的测试结果如表1所示。

　　逆变输出接三相阻性负载。

　　过流保护测试：

　　设定输出门限直流电流为7.00A。保护电压电流分别如表2所示。

　　① 实验结果表明，频率输出略有误差(+0.01Hz)，但基本满足要求。输出频率的误差可能是由于DSP在进行浮点运算时，浮点比较没有绝对相等，只能无限逼近。

　　② 无源LC滤波只有一个中心频率，当输出频率改变时，中心频率不能跟随变化，使输出波形稍有畸变。

　　③ 在进行输出频率(60Hz)或者直流电压设定后运行时，可以看到，输出频率或者输出直流电压逐渐上升达到设定值，以减小启动时的冲击电流；当系统停止时，输出频率或者输出直流电压逐渐下降为0。

　　实验证明，设计方案可行，系统性能和各项指标基本满足设计要求。