发布时间 : 星期二 文章三相PWM整流器研究 - 图文更新完毕开始阅读
对于参数计算，此处不作多的叙述，取电容C?6mF即可。
3.2 基于DSP的控制电路硬件设计
系统控制主电路采用TMS320LF2407A为核心处理器，再加外围器件组成。DSP用来完成输入电压，输入电流和输出电压的采集，三相abc坐标系到dq旋转坐标系的转换，SPWM算法的实现，生成PWM控制波等作用。外围器件包括两个外部可读写存储器IS6lL、，6416，负责存储输入/输出电流及电压的历史数据存储：DSP供电电压的转换，负责将外围集成供电的5v电压转换为DSP的3.3V供电电压；DSP仿真器接口JTAG；与计算机串口进行通信的MAX232。
3.2.1 TMS320F2407芯片的介绍
选择定点DSP芯片TMS320F2407作为控制电路的处理器，主要是由其专门应用 于控制的硬件结构和外设资源决定的。 TMS320系列DSP芯片的基本结构包括：
1)哈佛结构：哈佛结构是不同于传统的冯·诺曼结构的并行体系结构，其主 要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是 两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应 的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一 倍。而冯·诺曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编址， 依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址。取指令和取数据都访 问同一存储器，数据吞吐率低。
2)流水线操作：与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理能力。TMS320系列处理器的流水线深度。在三级流水线操作中，取指、译码和执行操作可以独立地处理，这可使指令执行能完全重叠。在每个指令周期内，三个不同的指令处于激活状态，每个指令处于不同的阶段。例如，在第N个指令取指时，前一个指令即第N—1个指令正在译码，而第N一2个指令则正在执行。一般来说，流水线对用户是透明的。
3)专用的硬件乘法器：在一般形式的FIR滤波器中，乘法是DSP的重要组成部 分。对每个滤波器抽头，必须做一次乘法和一次加法。乘法速度越快，DSP处理器 的性能就越高。在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法来实现的。故需 许多个指令周期来完成。相比而言，DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器。 在TMS320系列中，由于具有专用的硬件乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。 4)特殊的DSP指令：DSP芯片的另一个特征是采用特殊的指令。例如：DMOV就是一个特殊的DSP指令，它完成数据移位功能。在数字信号处理中，延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV来实现的。
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5)快速的指令周期：哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP 指令再加上集成电路的优化设计，可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。TMS320 系列处理器的指令周期己经从第一代的200ns降低至现在的20ns以下。快速的指令 周期使得DSP芯片能够实时实现许多DSP应用。DSP以上这些优点可以满足实时、快速地完成有三相整流器的控制和采样计算的要求，论文采用的TI公司生产的TMS320F2407芯片指令周期为50ns，此外，DSP芯片作为控制器还有强大的外设功 能，TMS320F2407的外设库包括：事件管理器模块、双10位模一数转换模块、串行 通信接口模块、串行外设模块、看门狗和实时中断模块、内部FLASH存储器模块、 外部存储器接口、数字I/0端口、PLL时钟模块。在外设库中事件管理模块和双十 位模—数转换模块在生成驱动三相整流器的PWM波形中至关重要。
事件管理模块为用户提供了一整套用于运动控制和电机控制的功能和特性， 这同样非常适用于电压型整流器的PWM控制实现． 事件管理模块主要由以下几个部分构成：
1)三个通用定时器：事件管理器模块的三个通用定时器在应用时可以独立使 用，作为控制系统中的捕获周期的发生，为正交编码器脉冲电路和捕获单元提供 时基，为全比较单元和单比较单元以及相关的PWM电路产生比较/PWM输出。 2)三个全比较单元和三个单比较单元：每个全比较单元有两个相关的比较/PWM输出，每个单比较单元有一个相关的比较/PWM输出。全比较单元的时基由通 用定时器1提供，单比较的时基由通用定时器1或2提供。
3)PWM电路，其中包空间矢量的PWM电路，死区发生单元和输出逻辑：与全比 较单元相关的PWM输出电路带有可编程死区和输出极性可以控制的6个PWM通道。PWM电路被设计用于减少CPU产生PWM波的开销，并减少用户的工作量。
4)四个捕获单元：捕获单元在捕获单元引脚上出现跳变时便能触发，可以捕 捉上升沿或下降沿。
5)中断功能：事件管理器中断事件分为3组，在中断组产生中断如果中断未被屏蔽，软件可通过查询事件管理器中断标志寄存器中的适当位来检测中断事件的发生。
在图3-2中，PWMl-PWM6为PWM波输出分别用来控制三相电压型PWM整流器的六个IGBT通断时间；Ia(ADCIN0)、Ib(ADCIN1)、Ea(ADCIN2)、Eb(ADCIN3)、Vdc(ADCIN4)分别为三相电压型PWM整流器的输入端a相电流、输出端b相电流、输入端a相电压、输入端b相电压、直流输出端电压采样，这些采样值经过光电隔离后送入DSP的A/D转换模块；A0-A15为DSP的16位地址总线；D0-D15为DSP的16位数据总线；crashsingal(T1PWM/T1CMP/IOPB4)为保护信号，当三相电压型PWM整流器发生过、欠电压，过电流及过温时，crashsingal信号产生，使PDPNTA端口出现信号下降沿，
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经过约160ns后DSP内部逻辑立即封锁PWM输出端口；EMUO、EMUl、TCK、TDI、TMS、TRST为仿真信号，实现JTAG仿真，可以进行DSP程序调试和编写。
图3-2 TMS320LF2407A原理图
3.2.2 IGBT驱动电路
IGBT的驱动电路型号较多，此处采用国际整流器公司的IR21系列驱动电路。 IR21系列是国际整流器公司推出的高压驱动器，一片IR2130可以直接驱动中小容量的6支场控开关管，且只需一路控制电源。IR2130是28引脚双列直插式集成电路，应用方法如图3-3所示。HIN1、HIN2、HIN3为3个高侧输入端，LIN1、LIN2、LIN3为3路低侧输入端，HO1、VS1、HO2、VS2、HO3、VS3为3路高侧输出端，L01、L02、L03为3路低侧输出端，VSS为电源地，VSD为驱动地，VB1、VB2、VB3为3
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路高侧电源端。采用IR2130作为驱动电路时，外围元件少，性价比明显提高。
图3-3 IR2130结构及其应用电路
3.2.3 信号检测电路
检测模块在三相电压型整流器控制系统中被采集的信号主要有交流侧的三相电流信号，直流侧电容电压和指令电压等。采集到的重要数据的存储是在F2407系 统中。以下是分别用来检测系统中三相电流信号，直流侧电容电压和指令电压信号的电路图。
1）交流电流检测电路
交流侧电流检测电路如图3-4所示。
图3-4 交流侧电流检测电路
由于互感器铁芯磁性材料的非线性影响，高次谐波分量的测量误差较大。用一般的互感器检测含有丰富谐波分量的输出电压和电流，将难以准确测量电压和电流的瞬时值。对于直流及非正弦波(含有谐波分量较多)的交流电压和电流信号
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