基于DSP的SPWM实现.pdf

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1、邮局订阅号:8 2-9 4 63 6 0元/年技术创新D S P开 发 与 应 用P L C技术应用2 0 0例您的论文得到两院院士关注基于 D S P的 S P WM实现T h er e a l i z a t i o no f S P WM B a s e do nD S P(郑州大学)支长义程志平焦留成Z H I C H A N G Y IC H E N GZ H I P I N G J I A OL I U C H E N G摘要:给出了基于D S P的S P WM产生原理和具体实现过程,并对保护电路进行了介绍.关键词:D S P;S P WM;保护电路中图分类号:T P 3 0 2

2、1 2文献标识码:BA b s t r a c t:t h ep r i n c i p l ea n dt h er e a l i z a t i o no f S P WM B a s e do nD S Pi si n t r o d u c e d,s od o e st h ep r o t e c t i o nc i r c u i t.K e y w o r d s:D S P,S P WM,p r o t e c t i o nc i r c u i t文章编号:1 0 0 8-0 5 7 0(2 0 0 6)1 2-2-0 1 2 1-0 21原理S P WM是一种关于P

3、 WM技术的控制技术。在现代逆变电路中应用的中得到了广泛应用。假设正弦波为UO=U2s i n(=0 2 =2 f)把一个周期4 N等分,则每一分为2 /4 N=/2 N弧度,则每一个小面积的值为:i=0,1,2,32 N-1若取矩形脉冲的幅值为U,则:第一个小矩形面积:,第二个小矩形面积:第三个小矩形面积:第i+1个小矩形面积:i=0,1,2,32 N-1从上面矩形脉冲宽度的表达式可得出,在一个正弦半波周期内,高低电平的时间区间是:这样,可以通过D S P来控制I G B T的导通时间(在低电平关断I G B T,在高电平导通I G B T)就可以得到我们所需要得S P WM波形。2具体实现

4、本设计系统由D S P控制器完成对S P WM逆变电路控制,键盘输入,A/D转换,输出显示等工作,具体运行框图如图1所示。每个2 4 0 x系列D S P可产生多达1 6路的P WM输出,为了利用D S P来产生P WM输出,采用通用定时器的比较操作,因为每个通用定时器都有一个相关的比较寄存器T x C M P R和一个P WM输出引脚T x P WM。通用定时器的值总是与相关的比较寄存器的值进行比较,当定时计数器的值与比较寄存器的值相等时,就产生比较匹配,可通过置T x C O N.1位为1来使能比较操作,发生匹配后的一个C P U时钟周期后,根据G P T C O N A/B寄存器相应位的

5、配置情况,相关的P WM输出将发生跳变。由于采用一系列等幅不等宽的矩形波代替正弦波,所以,使通用定时器处于连续增/减计数模式下,来产生对称波形,通过比较产生所需脉宽脉冲的波形。2?2 sin2(1 cos)22244sinsin?SKUdKUKUNNN=(1)2244sinsiniKUNN+=2?42sinWNK=?342sinWNK=?542sinWNK=(21)42sin?iWNK+=支长义:硕士 副教授河南省科技攻关资助项目(项目编号:0 4 9 6 0 5 0 9 0 4)中间时间低电平时间高电平时间1 2 1-技术创新中文核心期刊微计算机信息(嵌入式与S O C)2 0 0 6年第2

6、 2卷第1 2-2期3 6 0元/年 邮局订阅号:8 2-9 4 6 现场总线技术应用2 0 0例D S P开 发 与 应 用图1电路原理框图根据所需的P WM周期设置T x P R:假设正弦半波低电平的时间间隔设为L 1、L 2L n,高电平时间间隔设为H 1、H 2H n,在周期寄存器中存入如下的一系列值:为了节省存储器空间,只在周期寄存器中存入前1/4正弦半波的高低电平值。当周期寄存器中的值由上而下被读取后,可通过编程来完成再由下而上读取,正好对应P WM等效矩形脉冲中的前半周期,后半周期值的读取也可由编程实现。设置比较寄存器:由于采用的是连续增减的计数模式,所以要在比较寄存器中存入以下

7、一系列值:L 1L2/2L2/2L3/2.Ln/2当定时器的计数值增计数达到L1对应的计数脉冲值发生比较匹配,P WM发生跳变,输出高电平驱动I G B T导通,然后当定时器计数值减计数达到L2/2时,再次发生比较匹配,P WM又发生跳变,关断P WM输出,直到减计数到零,定时器复位,进行下一周期的P WM输出。这里为了节省存储器空间,同样可以采用设置周期寄存器的方法。不过,二者一定要匹配,即要存储相同周期的值。以上是产生0 1 8 00之间的P WM矩形脉冲,为了的到正弦波的负半周波形,我们就令D S P在0 1 8 00间控制V T 1、V T 4导通,V T 2、V T 3关断,得到的是

8、正半周的波形。在1 8 00 3 6 00间,控制V T 2、V T 3导通,V T 1、V T 4关断,得到负半周波形。为了改变输出正弦波的频率,我可以通过改变前面已经计数得出的公式中的T值。为了减少输出正弦波的高次谐波,应保证等效矩形脉冲的数目N不小于7 2 0。以上所用的数值为D S P定时器的计数脉冲个数,在进行D S P软件设计时,应编程将计算出的时间间隔换算成时钟的计数脉冲数.3保护电路1.过压保护将I G B T用于电力变换器时,应采用保护措施,以防止损坏器件,在本设计中主要有过压保护和过流保护。过压保护主要用于防止电网电压的波动,对功率变频器件突然产生大于安全裕量的电压冲击过压

9、保护。如图2所示:过零比较器L M 3 3 9实现过压保护,它是G E S o l i d s t的产品,集成了四个电压比较器。图2过压保护电路因T I L 1 1 3的驱动电压为+5 V,所以由L M 3 3 9构成的电压比较器的负输入端同一个+5 V的稳压二极管2 C W5 3相连。运放的正输入端在没有过压的情况下(U d=5 5 V)为4.5 V,小于负端电压5 V,运放输出0。这时光电耦合器T I L 1 1 3不发光,不导通。当电压过压时,运放的正输入端电压大于5 V,运放导通,输出+5 V电压,驱动T I L 1 1 3发光导通,导通后发一个驱动信号到D S P的I N T 2,D

10、 S P检测到中断后,发出信号驱动过压保护电路的大功率三极管导通,导通后由分压电阻分去一部分电压,保护功率器件不被烧坏。2.过流保护过流保护电路主要防止发生短路等使电路中电流剧增,功率器件迅速升温而烧坏的情况,具体电路如图3所示:图3过流保护电路(下转第3 0 7页)1 2 2-邮局订阅号:8 2-9 4 63 6 0元/年技术创新电 子 设 计P L C技术应用2 0 0例您的论文得到两院院士关注写。检测系统运行结果表明该数据采集电路的采集速率和转换精度完全满足要求。图4电导检测系统数据采集流程图5结论本文介绍了M A X 1 2 7 0的特点并在分析工作时序的基础上首次给出外部时钟、2 5

11、 S C L K/S转换方式下的A D转 换 程 序,愿 与 同 行 交 流。实 际 使 用 表 明,M A X 1 2 7 0完全满足转换速率和转换精度要求,是双极性、多路数据采集的合理选择。本文作者创新点如下:实现了M A X 1 2 7 0与单片机的最简接口。只需4根连接线(S C L K、D I N、D O U T、/C S)而不用S S T R B启动数据的输出。A D转换后的数据即时发送给P C机,单片机不需外接数据存储器。这两点都在一定程度上简化了硬件电路。参考文献:1 M A X 1 2 7 0/1 2 7 1；M u l t i r a n g e,+5 V,8-C h a

12、n n e l,S e r i a l 1 2-B i tA D C s，2 0 0 4.2 刘朋,王卫红.串行 A/D、D/A与 T M S 3 2 0 C 6 7 1 3 的接口设计 J .微计算机信息,2 0 0 5,7:8 8.3 孙育才等.A T M E L新型 A T 8 9 S 5 2 系列单片机及其应用 M ，北京：清华大学出版社，2 0 0 5.作者简介:王立新,(1 9 6 6.8-),女,硕士,副教授,从事传感检测、单片机控制研究,E-m a i l:w l x 0 8 1 3 s i n a.c o m。B i o g r a p h y:Wa n gL i x i n

13、,f e m a l e,b o r n i n 1 9 6 6,a s s o c i a t ep r o f e s s o ri ne l e c t r o n i ct e c h n o l o g y.R e s e a r c hi n t e r e s t si n c l u d es e n s o r sa n ds i n g l e-c h i p-b a s e dc o n t r o l t e c h n o l o g y.(2 5 2 0 5 9山东聊城山东聊城大学教育传播技术学院)王立新(S c h o o l o f E d u c a t i

14、o n a l T e c h n o l o g ya n dMa s s me d i-u m,L i a o c h e n gU n i v e r s i t y,L i a o c h e n g,S h a n d o n g,2 5 2 0 5 9C h i n a)Wa n gL i x i n通讯地址:(2 5 2 0 5 9山东聊城山东聊城大学教育传播技术学院)王立新(收稿日期:2 0 0 6.9.2 5)(修稿日期:2 0 0 6.1 0.2 2)(上接第1 2 2页)为了判断电路是否过流,可在D S P的控制程序中事先设置一个限定值,由D S P的A/D转换不断对主电

15、路的电流进行转换。主电路的电流通过耦合电感后,在A/D转换侧由电阻R先进行分流并转换成电压信号,经电压跟随器后,输入到D S P的A/D转换中。当A/D转换检测到电流超过限定值时,就发出中断P WM发生器,关掉P WM输出,从而断开主电路电流,防止过流发热而烧毁。4结语本文作者创新点为充分利用集成了外围设备的T M S 3 2 0 C 2 4 0内部资源,设计出基于D S P的S P WM的实现,使整个设计变得简单易行。参考文献:1 T M S 3 2 0 L F/C 2 4 0 X D S P C o n t r o l l e r sS y s t e m a n d p e r i p

16、h e r a lR e f e r e n c e G u i d e.2 T M S 3 2 0 C 2 X/C 2 X X/C 5 XO p t i m i z i n g c C o m p i l e r U s e r s G u i d e.3 余家春.D S P 芯片的原理于开发应用.中国铁道出版社.4 黄俊.电力电子技术.机械工业出版社.5 A P E X功率器件简明应用指南.6 张卫宁.D S P s 原理及应用.国防工业出版社.7 程志平,支长义,焦留成.基于 D S P 的工频电量测试仪硬件电路设计 J .微计算机信息,2 0 0 6,6.8 支长义,程志平,焦留成.基

17、于 D S P的单相精密电源硬件设计 J .微计算机信息,2 0 0 6,5.作者简介:支长义(1 9 6 4-)男,汉,硕士,郑州大学副教授,主要从事控制方面的教学和研究。B i o g r a p h y:Z h iC h a n g y i;D a t eo fb i r t h:N o v e m b e r9,1 9 6 4;S e x:m a l e;N a t i o n a l i t y:H a n;E d u c a t i o n a l b a c k g r o u n d:m a s t e r d e g r e e;A s s o c i a t ep r o

18、f e s s o r;M a j o r:c o n t r o l t h e o r ya n da p p l i c a t i o n.(4 5 0 0 0 2郑州市郑州大学电气工程学院)支长义程志平 焦留成(C o l l e g e o f E l e c t r i c E n g i n e e r i n g,Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y,Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 2,C h i n a)Z h i C h a n g y iC h e n gZ h i p i n gJ i a oL i u c h e n g通讯地址:(4 5 0 0 0 2郑州市郑州大学电气工程学院)支长义(收稿日期:2 0 0 6.6.2 7)(修稿日期:2 0 0 6.7.2 5)3 0 7-