基于DSP 5F801的正弦波输出DC-AC电源设计方案.doc

基于DSP 56F801的正弦波输出DC/AC电源设计方案 目前，小功率DC／AC电源在UPS以及可再生能源领域 如光伏户用电源 得到了广泛的应用。该类电源的功能是将低压直流转换为市电交流。这类电源的一种主电路结构是由高频DC/DC和DC／AC 逆变 两个环节组成。输出波形和转换效率是衡量这类产品的重要指标，而保证这些指标的关键之一是其控制器的设计。本文介绍一个基于高性价比16位数字信号控制器DSP 56F801和脉宽调制芯片UC3846的DC／AC电源设计，该设计实现了装置中控制信号的发生和测量信号的检测，采用了电压有效值反馈加前置滤波PID调节器的数字控制和硬件与软件相结合的抗干扰措施。实验结果表明该设计的DC／AC电源的输出波形、效率和可靠性等指标均有所提高。 1 主电路工作原理图1为该设计的主电路结构，其中24V蓄电池的直流电压经过开关管S1和S2，高频变压器T、桥式整流器、L1和C1升压为360V的直流高压，再经S1～S6组成的逆变桥得到220V/50Hz的交流输出。 1.1 DC／DC环节采用变压器的升压DC／DC环节中的原边逆变电路拓扑有半桥式、全桥式、椎挽式等。半桥式电路输出电平只能为蓄电池电压的一半，全桥式电路由于其导通同路中存在2个管压降，因此在低直流电压回路中采用这两种电路拓扑将限制装置的效率，而推挽结构可充分利用蓄电池电压，同时在导通回路中只有一个管压降，因此本设计采用了推挽式结构。推挽变换器每周期内S1和S2在各自的半周期内导通一次。为了防止变压器的偏磁，S1和S2轮流导通的时间要相等，变压器原边的中心抽头绕组的绕制要注意对称。变压器副边将与原边耦合产生的交流电压升压，然后经不控整流得到高压直流电压。DC／DC环节中的直流电压关系由式 1 描述。?? 式中：VDC1为蓄电池电压；VDC2为DC／DC环节的输出电压；N2为副边匝数；N1为原边匝数：D为占空比。1．2 DC／AC环节DC／AC变换器的主电路为由4个MOS管构成的单相桥式逆变电路，将360V的直流电压转换成220V／50Hz的交流电压。SPWM调制又分为非倍频和倍频两种方式，本文采用倍频单极性SPWM调制的逆变器，这种方式可以在不改变开关管工作频率的情况下，通过对门极脉冲控制，使得输出波形中最低次谐波频率是开关频率的2倍，从而可以减小滤波器的容量和体积。单相单檄性倍频调制驱动信号的产生可以有两种方法，一种是用频率与幅值均相同，但相位却相反的两个正弦波和频率为fc的三角载波交截，另一种是用频率与幅值均相同，但相位却相反的两个频率为fc的三角载波与一个正弦波交截，其结果均产生两组PWM驱动信号，分别控制单相逆变桥的两臂，逆变输出波形的等效载波频率为2fc，本文采用的是前一方案。 2 电源的控制结构DC／DC环节由电流控制型脉宽调制器芯片UC3846控制。该芯片支持一个双环控制结构，可以实现输出电压调节、逐脉冲的电流限幅、对称性校正和多电源模块的并联等功能。DC／DC环节由UC3846外部RC元件设置工作频率为50kHz。本设计中测量DC／DC环节的输出电压VDC2以形成电压外环，同时还将电流互感器套在变压器T的输入母线上测量流过主开关管的电流以形成电流内环，通过UC3846形成双闭环结构调节tout，以维持VDC2的稳定。UC3846通过其外接元件可方便地设定DC／DC环节高压侧输出电压和低压侧的电流限幅值。MOTOROLA公司的56F801为一种16位数字信号控制器 DSC 芯片，它将数字信号处理器 DSP 和微控制器丰富而灵活的外设集成在一个芯片中，可并行操作的3个执行单元在一个指令周期中执行6个操作，为多种应用提供廉价的解决方案。它的一个突出特点是提供PWM和ADC模块，支持多电机或多相控制。56F801的PWM模块生成SPWM信号方便简洁，无需占用定时器资源。本设计中该芯片产生DC／AC环节巾S3S6的PWM驱动信号，同时对整个装置进行监测，履行测量和控制的任务。?? 3 SPWM脉宽调制波的产生 倍频SPWM的实现是通过56F801的PWM模块来完成的。该模块具有6个PWM引脚，可支持3对具有插入死区的互补PWM信号输出。单相DC/AC环节的设计中利用了3对互补PWM信号中的两对来驱动S3～S6。其设计要点可简述知下。 设置控制寄存器PMCTL和配置寄存器PMCFG，设置预分频因子为l和脉宽发生为中心对齐方式。 若设置三角载波信号频率为9.6kHz，则在IPBus时钟为40MHz且预分频因子为l的情况下，PWM模块中寄存器PWMCM存储的模数 modulus 值为[PWMCM] 40M／9．6k／2 2084。 为防止一个桥臂上的两个管子直通，通过设置脉冲死区寄存器PMDFADTM设置