小功率智能化中频逆变电源的研制 小型化和高性能

研发一种依据TMS320LF2407A数字信号处理器和PS21964智能功率模块(IPM)的智能化SPWM中频逆变电源操控体系。对中频逆变电源的功率主电路、操控电路以及维护电路等进行了具体论述。完结了中频逆变电源小型化和高功能的技能需求。


0 概述

在武器装备电气体系中,400Hz中频逆变电源是其广泛运用的电源之一。在对其归纳电气体系中的各电气设备进行功能测验与毛病诊断时,需求400Hz中频逆变电源为其供应真实的模拟作业环境,以完结信号的收集与处理,然后判别出体系的作业状况,对所发作的毛病进行准确定位。现有的400Hz中频逆变电源因其体积较大,不能满意测验设备小型化的需求,因而,咱们研发了一种小功率智能化中频逆变电源,将其放在测验设备内部,减小了测验设备的体积,提高了测验设备的可靠性。

1 体系硬件规划

 

 

 

图1为中频逆变电源硬件原理图。

1.1 整流滤波电路

整流滤波电路是将220V、50Hz交流电经过全桥整流与电容滤波后得到311V直流电供应逆变电路中的IPM模块,为其供应直流母线电压。整流桥选用KBL608全桥整流模块,电容滤波器选用2只450V、470μF的电解电容并联。

1.2 逆变电路

逆变电路选用三菱公司的PS21964智能功率模块。该模块具有以下特点:1)逆变桥选用第5代平面型IGBT和CSTBT功率芯片,损耗更低;2)选用自举电路结构,可单电源驱动;3)内置专用HVIC,可直接由DSP驱动;4)输入接口电路选用高电平驱动,增强了模块自维护才能;5)具有短路和操控电源欠压维护,6)体积小,只有38×24×3.5mm.

因为电源规划输出为单相交流电,而PS21964模块内部为三相逆变桥,故在电源规划时,选用其间两相(U、V)。PS21964模块既可单电源驱动,又可多电源驱动,规划时选用多电源驱动方法。在电路中,R18为电流检测电阻,完结短路维护;R12、C5为滤波电路;因为PS21964模块的毛病输出端为漏极开路型,因而增加了R13上拉电阻。

1.3 中频变压器与中频滤波电路

中频变压器选用R型400Hz铁芯,铜制漆包线绕制,变比为1.05:1.因为体系中的载波频率为12kHz,因而中频滤波器的截止频率选为2kHz,凭借中频变压器的漏感,依据核算公式核算可得滤波电容值为20μF,故选用耐压值为600V的CBB电容。

 

 

图2 中频逆变电源主电路

1.4 电压反应电路

电压反应电路是将输出电压调度后反应给DSP的A/D变换端以完结电压平均值闭环反应操控。

因为输出电压为115V、400Hz交流电,首先运用变压器将输出电压将变为0~5V的电压信号,经全桥整流、电阻分压后反应到DSP的ADCIN 01脚。如图3所示。

 

 

 

1.5 DSP操控电路

TMS 3 2 O L F 2 4 O 7 A D S P操控电路首要由TMS320LF2407A芯片子体系和供电电路构成。TMS320LF2407A芯片子体系首要包含时钟、复位、外部存储、JTAG仿真接口等电路,其规划时可参考产品手册引荐电路进行挑选。体系规划时,选用EVA事情管理器模块的PWM1~PWM4输出4路PWM波信号。

1.6 驱动与维护电路

(1)封闭PWM操控信号维护。

 

IPM的PWM操控信号经带操控端的三态收发器74LS640输出后送共态脉冲互锁电路。IPM的毛病输出信号送入74LS640的使能端。当IPM没有毛病发作时,74LS640选通,IPM正常作业;IPM发作毛病时,74LS640截止,封闭一切IPM的操控信号,关断IPM,到达维护目的。如图4所示。

 

 

(2)共态脉冲互锁电路。

 

在运用IPM的过程中咱们发现,当选取IPM时,若留出满意的余量,IPM通常状况下不容易损坏,但有时仍有损坏状况发作,剖析其缘由,均为发作过流,经过丈量微处理器输出的PWM信号,发现同一桥臂的操控信号在主电路为高压大电流状况下很容易叠加搅扰信号,致使同一桥臂的两个IGBT发作直通,致使模块损坏。为此咱们规划了共态脉冲互锁电路,这样即使有搅扰,乃至因为某种缘由,微处理器不能正常输出,也能确保同一桥臂的两个IGBT不能一起导通,到达维护的目的。电路图如图5所示。

 

 

1.7 辅佐电源电路

该体系的电源首要有+5V、+3.3V和+15V三种。+5V为主电源,选用AC/DC模块完结;+3.3V首要用于DSP体系,选用TPS7333芯片完结;+15V电源用于IPM模块,选用金升阳公司的B0515完结。

2 体系软件规划

本电源的操控软件首要包含:1)双极性SPWM操控信号程序规划;2)平均值安稳程序规划;3)输出过压维护程序规划。

双极性SPWM操控信号选用对称规矩采样法完结。其间规范正弦波(即调制波,同输出正弦波频率400Hz),选用离线核算方法,首先将这些数据核算出来,并存入数组,在程序运行时调用。规范三角波是运用DSP计数器的接连增/减计数模式完结的,其载波频率为12kHz.

平均值安稳程序选用PI调理,反应信号经滤波采样后,与给定信号进行对比,其误差送至PI调理器,改动调制度M,然后使输出电压保持稳定,完结输出稳压。

输出过压维护选用限幅对比法,反应信号经滤波采样后,与限定值进行对比,若超出,则输出维护信号,中止主电路运行,完结输出过压维护。

体系软件由初始化模块和定时器中止模块构成。初始化模块首要完结中止操控器、I/O操控器、事情管理器、时钟管理器、看门狗、A/D变换器等操控寄存器进行初始化和有关变量的初始化,初始化模块的流程如图6所示。初始化完结后,DSP程序进入死循环,等待中止的发作。定时器中止模块的首要作业是经过片内A/D变换器采样输出电压,作为体系完结闭环操控的反应信号,经过给定信号与反应信号进行对比,经PI操控调理,得到相应的操控量,经规矩采样法核算得到每一个周期的脉冲宽度,以取得四路PWM信号,完结对IPM的操控。其流程图如图7所示。

 

 

3 试验

将研发的115V、400Hz中频逆变电源接500W电阻性负载进行试验,其试验波形如图8所示。

 


4 定论

本电源选用新式功率器材和数字操控技能,完结了中频逆变电源小型化和高功能的技能需求,己在某些电气体系检测设备中运用,运用证明该电源功能可靠、体积小、重量轻、成本低、能够确保精度,满意运用需求。

 

 


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