PWM控制电路的基本构成及工作原理

图 1 系统总体框图

（1）整流滤波模块：对电网输入的交流电进行整流滤波，为变换器提供波纹较小的直流电压。

（2）三相桥式逆变器模块：把直流电压变换成交流电。其中功率级采用智能型

IPM 功率模块，具有电路简单、可

靠性高等特点。

（3）LC 滤波模块：滤除干扰和无用信号，使输出信号为标准正弦波。

（4） 控制电路模块：检测输出电压、电流信号后，按照一定的控制算法和控制策略产生 SPWM 控制信号，去控制

IPM 开关管的通断从而保持输出电压稳定，同时通过 SPI 接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。捕获单元完

成对输出信号的测频。

（5） 电压、电流检测模块：根据要求，需要实时检测线电压及相电流的变化，所以需要三路电压检测和三路电流

检测电路。所有的检测信号都经过电压跟随器隔离后由

TMS320F28335 的 A/D 通道输入。

基于 DSP 的三相 SPWM 变频电源的设计

变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。现代变频电源以低功 耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。变频电源的整个电路由交流

-直流-交流-滤波等部分构成，输出电压和电

流波形均为纯正的正弦波，且频率和幅度在一定范围内可调。

本文实现了基于 TMS320F28335 的变频电源数字控制系统的设计， 通过有效利用 TMS320F28335 丰富的片上硬件资 源，实现了 SPWM 的不规则采样，并采用 PID 算法使系统产生高品质的正弦波，具有运算速度快、精度高、灵活性好、

系统扩展能力强等优点。

系统总体介绍

根据结构不同，变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。本文所研究的变频电源采用间接变频结构即 交-直-交变换过程。首先通过单相全桥整流电路完成交

-直变换，然后在 DSP 控制下把直流电源转换成三相 供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。变频系统控制器采用

SPWM 波形

TI 公司推出的业界首款浮点数字信号控制器

TMS320F28

335，它具有 150MHz 高速处理能力，具备 32 位浮点处理单元，单指令周期 32 位累加运算，可满足应用对于更快代码 开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与上一代领先的数字信号处理器相比，最新的 F2833x 浮点控制器不

仅可将性能平均提升 50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点

图 1 所示。

C28x TM 控制器软件的特点。系统总体框图如

图 2 整流电路原理图

IPM 电路模块

IPM 由高速、低功率 IGBT 、优选的门级驱动器及保护电路组成。 IGBT （绝缘栅双极型晶体管）是由 BJT （双极型三极管）和 MOS （绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。

GTR 饱和压降低，载流密度大，

但驱动电流较大； MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。 IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压。因而 IPM 具有高电流密度、低饱和电压、高耐压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。本文选用的

IPM 是日本富士公司的型号为 6MBP20RH060 的智能功率模块，该智

能功率模块由 6 只 IGBT 管子组成，其 IGBT 的耐压值为 600V ，最小死区导通时间为 3μs 。

IPM 隔离驱动模块

由于逆变桥的工作电压较高， 因此 DSP 的弱电信号很难直接控制逆变桥进行逆变。 美国国际整流器公司生产的三相

桥式驱动集成电路 IR2130，只需一个供电电源即可驱动三相桥式逆变电路的

6 个功率开关器件。

IR2130 驱动其中 1 个桥臂的电路原理图如图 3 所示。C1 是自举电容， 为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量， D 1 可防止上桥臂导通时直流电压母线电压到

IR2130 的电源上而使器件损坏。 R1 和 R2 是 IGBT 的门极驱动电阻，一般可

采用十到几十欧姆。 R3 和 R4 组成过流检测电路， 其中 R3 是过流取样电阻， R4 是作为分压用的可调电阻。 IR2130 的 H IN1~HIN3 、LIN1~LIN3 作为功率管的输入驱动信号与 TMS320F8335 的 PWM 连接，由 TMS320F8335 控制产生 PWM 控制信号的输入， FAULT 与 TMS320F8335 引脚 PDPINA 连接，一旦出现故障则触发功率保护中断，在中断程序中封锁

PWM 信号。

（6）辅助电源模块：为控制电路提供满足一定技术要求的直流电源，以保证系统工作稳定可靠。

系统硬件设计

变频电源的硬件电路主要包含 6 个模块：整流电路模块、 IPM 电路模块、 IPM 隔离驱动模块、输出滤波模块、电压

检测模块和 TMS320F28335 数字信号处理模块。

整流电路模块

采用二极管不可控整流电路以提高网侧电压功率因数，整流所得直流电压用大电容稳压为逆变器提供直流电压，该

电路由 6 只整流二极管和吸收负载感性无功的直流稳压电容组成。整流电路原理图如图

2 所示。

图3 IR2130 驱动其中 1 个桥臂的电路原理图

输出滤波模块

采用SPWM 控制的逆变电路，输出的SPWM 波中含有大量的高频谐波。为了保证输出电压为纯正的正弦波，必须采用输出滤波器。本文采用LC 滤波电路，其中截止频率取基波频率的 4.5 倍，L=12mH ，C=10μF。

电压检测模块

电压检测是完成闭环控制的重要环节，为了精确的测量线电压，通过TMS320F28335的SPI 总线及GPIO 口控制对输入的线电压进行衰减/放大的比例以满足A/D 模块对输入信号电平(0-3V)的要求。电压检测模块采用256 抽头的数字电位器AD5290 和高速运算放大器AD8202 组成程控信号放大/衰减器，每个输入通道的输入特性为1MΩ输入阻抗+30pF。

电压检测模块电路原理图如图 4 所示。

图4 电压检测电路原理图

系统软件设计