基于DSP逆变电源的设计

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技术分享：基于DSP实现的一种新颖开关逆变电源设计

技术分享：基于DSP实现的一种新颖开关逆变电源
设计
1 引言
随着工业和科学技术的发展，用户对电能质量的要求越来越高。

包括市电
在内的所有原始电能可能满足不了用户的要求，必须经过处理后才能使用，
逆变技术在这种处理中起到了重要的作用。

传统的逆变技术多为模拟控制或
模拟与数字相结合的控制系统，其缺点为
1)控制电路的元器件比较多，体积庞大，结构复杂;
2)灵活性不够，硬件电路一旦设计完成，控制策略就不能改变;
3)调试比较麻烦，由于元器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器
件的工作点漂移，会导致系统参数的漂移，从而给调试带来不便。

因此，传统的逆变器在许多场合已不适应新的要求。

随着高速、廉价的数字信号处理器(DSP——Digital Signal Processor)的问世，于是便出现了数字电源(DPS——Digital Power Supply)。

其优点有
1)数字化更容易实现数字芯片的处理和控制，避免模拟信号传递的畸变、
失真，减少杂散信号的干扰;
2)便于系统调试;
3)如果将网络通迅和电源软件调试技术相结合，可实现远程遥感、遥测、
遥调。

这些使得逆变电源数字化控制成为今后的发展趋势。

本文采用TI公司专门为电机及电力电子领域设计的TMS320LF2407型DSP作为控制器，介绍数字化周波逆变器的硬件设计和软件设计。

2 TMS320LF2407的结构特点。

基于DSP技术的逆变电源的设计

基于DSP技术的逆变电源的设计随着电子设备的普及和多样化，逆变电源在现代生活中扮演着重要的角色。

逆变电源是将直流电转换为交流电的电子设备，广泛应用于电子通信、工业自动化、新能源以及家庭电器等领域。

然而，传统的逆变电源存在着输出波形不稳定、效率低下等问题，这就要求我们寻找新的技术手段来改进逆变电源的性能。

基于数字信号处理（DSP）技术的逆变电源设计应运而生。

DSP技术是一种通过数字信号处理器进行信号处理和算法实现的技术，具有高速、灵活、精确的特点。

在逆变电源设计中，DSP 技术可以实现对输入直流电的采样、控制和调节，从而保证输出交流电的稳定性和质量。

首先，基于DSP技术的逆变电源具备更高的输出波形质量。

传统逆变电源的输出波形可能存在谐波失真等问题，而通过DSP 技术的精确计算和控制，可以消除波形畸变，使得输出交流电的波形更加纯净、稳定。

这样的优势在电子通信和工业自动化领域尤为重要，可以有效提高设备的运行效率和稳定性。

其次，基于DSP技术的逆变电源具备更高的能量转换效率。

传统逆变电源在转换过程中可能存在能量损耗，而DSP技术的精确控制和计算可以最大限度地减少能量损失。

通过实时监测和调节输出波形，DSP技术能够优化功率调制和开关控制，提高逆变电源的能量转换效率，降低能源消耗。

此外，基于DSP技术的逆变电源还具备更高的响应速度和灵活性。

传统逆变电源的控制方式相对固定，不够灵活。

而DSP技术可以实时监测输入和输出信号，根据实际需求进行精确的控制和调节。

这种灵活性可以满足不同场景下电源对输出波形、频率和电压的需求，提高电源的适应性和可靠性。

综上所述，基于DSP技术的逆变电源设计在提高输出波形质量、能量转换效率和响应速度方面具备明显优势。

随着DSP技术的不断发展和成熟，逆变电源的性能将得到进一步提升，为各个领域的电子设备提供更加稳定、高效的电源支持。

在未来，我们有理由相信基于DSP技术的逆变电源将发挥更重要的作用，推动电力电子技术的进步和应用领域的拓展。

基于DSP三环控制的逆变电源的设计

基于DSP三环控制的逆变电源的设计针对逆变电源输出电压波形畸变并且在大功率负载下输出电压掉压严重的问题，提出了采用电压有效值外环、电容电压环和电感电流内环的三环控制策略，选用TI公司的DSP TMS320F2812芯片实现了三环的控制算法，并且给出了程序流程图以及逆变电源的详细设计过程。

在理论分析和仿真的基础上设计了一台采用单极性倍频SPWM调制的6 kVA /50H z/220 V 逆变器，并进行了实验。

实验结果显示，所采用的三环数字化控制方案能达到??逆变电源带大功率负载条件下较优的动态、稳态特性。

0前言以前，正弦波逆变器大多采用输出电压均值环来维持输出电压的恒定，而波形控制是开环的，这种控制方式不能保证输出电压的波形质量，特别是在非线性负载条件下输出电压波形畸变严重，失真很大; 在突加(减)负载时输出电压的动态性能难以满足用户的要求。

目前的逆变电源大多采用外环电压、内环电流的双闭环控制策略，电压瞬时值外环在很大程度上改善了波形的质量，电流内环加大了逆变器控制系统的带宽，使得逆变器动态响应加快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适应能力加强。

但是，当负载比较大时会出现输出电压掉压严重的现象。

为解决逆变电源在大功率负载下掉压严重的问题，本研究提出在双环控制的基础上外加一个电压有效值的三环控制策略，它的实质是随负载的增加而增大基准正弦信号，从而保证输出电压幅值稳定。

另外，由于对逆变电源的数字化控制是当今电源的发展方向，所以本研究通过选用T I公司的DSP TMS320F2812来实现对逆变器的数字化控制。

1 逆变系统单相全桥逆变器的主电路结构，如图1所示。

采用了单极性倍频SPWM 调制技术，可以在不增加开关损耗的情况下将谐波频率提高一倍，大大减小了输出滤波器的体积。

采用了瞬时电压环、瞬时电流环和电压有效值外环的三环控制策略，电感电流瞬时值反馈环是内环，电容电压瞬时值是外环，电容电压有效值反馈环是第三环，有效值反馈控制用来改变电压瞬时值反馈环的正弦波给定幅值，三环控制很好地解决了“随着负载的增加，输出电压幅值下降”的问题。

基于DSP的直流高压电源逆变系统的设计

lar SPWM in the inverter circuit is analyzed in detail. The generation method and program design of SPWM in the DSP are em ⁃
phatically introduced. The corresponding program is written in the CCS according to the program design process. The SPWM out⁃
样法计算正弦脉宽调制技术的基本原理进行阐述，介绍
随着各个国家对电源研发的大量投入和现代电力电子
其在全桥逆变中的工作特点，最后结合 DSP 设计 SPWM
技术的快速发展，利用现代开关电源技术可以解决传统
电源存在的突出问题。在开关电源的设计中逆变系统
是整个电源设计的关键，其主要包括相关硬件电路和
但本文为了使电源具有较好的稳定性和可靠性，仍旧采
点。现代的 SPWM 多采用微处理器通过软件设计的方
收稿日期：2018⁃05⁃04
主电路的设计
在现代直流高压电源的设计中，为了减小谐波和提
修回日期：2018⁃07⁃03
基金项目：国家自然科学基金项目（21327801）；莙政学者项目（lzujbky⁃2017⁃sp08）
put with a frequency of 20 kHz is realized. The experimental results show that the whole system can work steadily.
Keywords：DC high⁃voltage power supply；DSP；full bridge inverter circuit；control loop；RCD；SPWM

基于DSP的逆变电源控制器的设计

基于DSP的逆变电源控制器的设计摘要本文讨论的逆变电源控制器采用数字信号处理器（dsp）对逆变电源系统进行全数字控制，通过改变pwm波形的脉冲宽度和调制周期可以达到调压和变频的目的，并融合了多元化的保护功能使逆变电源系统的驱动电路变得简单可靠。

关键词逆变；脉宽调制；svpwm；控制器中图分类号tm4 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）49-0184-02许多行业的用电设备不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。

其幅值、频率稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，例如通信电源、不间断电源、医用电源等都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。

电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术，将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小变压器体积和提高供电质量的目的了[1]。

工控行业中，应用广泛的交流伺服电机的驱动单元使用的是频率可调的三相交流电，而电网提供的交流电是不变的，为了得到幅值和频率可调的三相交流电，我们需要进行直交变换。

本文采用了ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812作为控制器主处理器，采用先进的svpwm空间矢量控制算法，并且融合了多元化的保护功能，通过电流采样实现了逆变电源的过流和短路保护，具有良好的实用性。

1 系统结构逆变器中的变流器由三组igbt组成，在其运行的过程中，igbt 的通断频率是很高的，这就需要驱动信号发生器有较高的运算速度，能够产生所需频率的驱动信号，而高性能控制器dsp可以满足这个要求。

ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812，其工作频率高达150mz，高性能的32位cpu，大大提高了控制系统的控制精度和芯片处理能力，是目前控制领域最先进的处理器之一，其pwm发生电路可以根据需要直接改变pwm输出频率，随时改变pwm 的脉宽，能够满足逆变器的控制要求。

基于DSP的逆变电源控制系统设计

基于DSP的逆变电源控制系统设计
1 前言
由于电力，通信、航空以及大型信息、数据中心等行业高端设备对供电电
源系统容量和质量的要求越来越高，其中“大容量”、“高可靠性”和“不间断”供电
的特征，集中体现了高端设备对其动力系统共同和基本要求。

本文探讨了基于DSP 的逆变电源并联控制系统。

文章的创新之处是实现多个逆变器模块的并联供电电源系统，以满足不同的负载功率及供电可靠性要求。

逆变电源并联控制技术的研究具有深远的社会影响和社会效益。

2 基于DSP 的逆变电源并联系统分析和设计
2.1 单逆变电源模块分析与硬件设计
在并联式分布电源系统中，首先必须尽量保证模块间的一致性：每个模块
良好的负载特性和稳定；为了满足这样的要求，逆变器主电路的结构不断变化更新，高频软开关技术也广泛地应用到DC/AC 逆变电源中。

高频脉冲直流环节逆变器是基于谐振直流环节逆变器的原理提出的一种新
的结构。

该逆变器既能够实现输入和输出之间的电气隔离，又能够实现逆变桥功率管的零电压开关。

图1 逆变器的主电路图
（1）逆变器主电路
逆变器主电路如图1 所示。

主电路由3 部分组成：交错并联正激变换电路、吸收电路和全桥逆变电路。

（2）保护电路以及输出滤波器的设计
本系统中，采用了滤波电感作为过流保护，如图1 所示，滤波电路由Lr1、Lr2 和Cr 组成。

在直直变换器和吸收电路之间串接滤波电感Lr1 和一个较小的。

基于DSP技术的三相逆变电源之逆变电路设计

基于DSP技术的三相逆变电源之逆变电路设计
在今天的文章中，我们将会就三相逆变电源方案中的逆变电路设计情况，进行详细介绍，下面就让我们一起来看看这种利用DSP技术芯片研发的逆变电源是如何完成逆变电路设计的吧。

逆变主电路硬件设计
在本方案中，我们所设计的这一基于DSP技术的三相逆变电源，其运行功率为500W。

这一逆变电源的系统原理框图如下图图1所示。

这一逆变电源的主要性能指标是：输入电压220VAC，输出电压110VAC，频率50Hz，输出功率500W，输出电流4.5A，输出总谐波因数为2%。

经过分析计算和试验，开关管采用富士公司的单管IGBT，型号1MBH50D060;续流二极管采用IR公司的超快恢复二极管，型号HFA16TB120。

驱动电路采用的是富士公司的EXB841集成驱动器。

所设计的逆变主电路原理图如下图图2所示。

三相逆变电源软件设计
在这一三相逆变电源的软件设计过程中，我们所选择的TMS320LF2407A的开发工具具有一个很大的优势，其本身能够支持C语言、汇编及两者混编的调用方式，这为程序的编写带来了很大的便利。

C语言的优点是直观，能够给编程者带来方便，而汇编语言的执行效率很高，有利用于缩短程序运行时间，提高系统的实时性。

在此基础上结合DSP内部的PWM发生器编写了SPWM调制策略汇编程序。

程序流程图如图3所示。

仿真和实验
在完成了这一基于DSP技术的三相逆变电源电路系统和软件设计后，接下来。

基于DSP的中频发电机逆变单相工频电源设计

ｐｌｅｗｉｔｄｌｔｎ（ＰＭ）ｏｔｌａｔｔｅｄｇｔｌｉｎｌｒｃｓｏＤＳ）ｗａｄｐｅｅｌｅｔｅｈｒｗａｅｃｒｕｔｎｕｓｄｈｍｏｕａｉＳＷｏｃｎｒｒ，ｈｉｉｇａｐｏｅｓｒ（Ｐｏｐａｓｓａｏｔｄｔｒａｉａｄｒｉｉａｄｏｚｈｃ
中图分类号：Ｔ４４Ｍ６
文献标识码：Ａ
文章编号：１０ — １５２１）卜０１— ３０７３７（００１０８０
ＩｅｔｂｌｎｇｅＰｈａｅＰｏｒＦｒｑｎｃｗｅｐｐｌｅｉｎｆｒｎｖｒｉｅＳｉｌ－ｓｗｅ－ｅｕｅｙＰｏｒＳｕｙＤｓｇｏ
ｓｆｗａｅａｇｒｔｏｔｒｌｏｉｈｍ．Ｅｘｒｍｅａｅｕｌｓｓｏｔａｈｅｄｓｇｌｎｃｎｔａｆｒｔｒｅｐｓｅｉｐｅｉｎｔｌｒｓｔｈｗｈｔｔｅｉｎｐａａｒｎｓｅｈｅ — ｈａｅｍｄｕｍｌａｓｏｅｉｖｏｔｇｅｆｍｄｕｍｒ－ｆｅ
传统的单相交流发电机体积大、重量重，移动很不方便，与之相比，相中频发电机以其体积小、重量轻、便于携带而备受关注和广泛使用。但是，中频发电机输出的是频率和幅值都与市电不同的三相交流电，一般用电设备不能直接使用，需要逆变电源来转换成单相工频正弦交流电。
ｇｅｅａｏｒ．ｆｌｉｉａｙ，ｌｎｒｔｓＡｕｌｙｄｇｔｌｔｐｅｏｗｏｓｎｄｈｇｅｃｕｒｃｎｖｒｉｅｐｏｒｓｐｙｗａｓｇｅＦｏｒｔｅｄｌｐａｉｙｓｎｃｔａｉｈｒａｃａｙｉｅｔｂｌｗｅｕｐｌｓｄｅｉｎｄ．ｈｕａｏｌｒｔｉｅ

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ｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ，ｗｈｉｃｈｔｒａｎｓｆｅｒｓＤＣｏｆ１９０ —２８６ＶｔｏｓｔａｂｌｅＡＣｏｆ２２０Ｖ５０ＨｚＴｈｅｓｙｓｔｅｍｄｉｒｅｃｔｌｙｅｍｐｌｏｙｓＳＰＷＭｉｎｖｅｔｅｒｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｎｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｄｕｌ —ＰＩａｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏ１．ＳＰＷＭｗａｖｅｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅＤＳＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．
ｃｏｍｐａｃｔｓｔｍｃｔｕｒｅ，ａｎｄｃｏｓｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｔｅｒｒｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅ；ＳＰＷＭ；ＤＳＰ
０引言
随着电力电子技术的飞速发展和逆变技术在许多领域的广泛应用，人们对逆变电源性能的要求，不仅要有很好的输出波形质量，而且对其稳态、动态性能的要求也日益提高。逆变器输出波形质量主要包括三方面：一是稳态精度要高；二是动态性能要好；三是电路结构和
ＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｖｅｒｔｅｒＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢａｓｅｄｏｎＤＳＰ
Ｈｆ，０Ｇ“ ０一Ｃ“ ｎ
（ＳｈｏｚｈｏｕＣｏｌａＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，ＨｕｏｚｈｏｕＳｈａｎｘｉ０３１４００，Ｃｈｉｎａ）
控制方法要简单优良。笔者提出了一种适用于５ｋＶＡ电力专用ＵＰＳ中的基于ＤＳＰ控制的逆变电源系统。该系
逆变电路，选择ＩＧＢＴ作为主控器件。控制回路由ＤＳＰ
控制芯片电路、采样电路、驱动电路、辅助电源电路等
利用ＳＰＷＭ变频控制技术由ＤＳＰ控制芯片生成ＳＰＷＭ波，并采用重复控制与ＰＩ双闭环控制相结
合的方法．将１９０～２８６Ｖ的直流电转换成５０Ｈｚ的２２０Ｖ的稳定交流电。结果表明，该设计能够达到
第２６卷第１期
２０１３年１月
机电产品研崖与剀崭
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓ
ＶＯ１．２６．Ｎ０．１
系统稳、动态性能良好，且控制电路简化，结构紧凑，成本降低的目的。关键词：逆变电源；ＳＰＷＭ；ＤＳＰ
中图分类号：ＴＢ４７
文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００２ — ６６７３．２０１３．０１．０２９
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｏｔｈｅｕｓｉｎｇｓｔａｔｅｍｅｎｔｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｉｎ５ｋＶＡｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｅｓｉｎｖｅｒｔｅｒｐｏｗｅｒｓｙｓ－
ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔＯａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｓｔａｂｉｌｉｙ，ｇｔｏｏｄｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ，
Ｊａｎ，２０１３
文章编号：１００２ — ６６７３（２０１３）叭一０７２ — ０３
基于ＤＳＰ逆变电源的设计
霍国存
（山西焦煤霍州煤电集团有限责任公司，山西霍州０３１４００）
摘要：针对５ｋＶＡ电力专用ＵＰＳ中逆变电源的使用情况，设计了基于ＤＳＰ的逆变电源系统。该系统直接