基于DSP的点焊逆变电源硬件控制系统研究

基于DSP的逆变电源控制器的设计摘要本文讨论的逆变电源控制器采用数字信号处理器（dsp）对逆变电源系统进行全数字控制，通过改变pwm波形的脉冲宽度和调制周期可以达到调压和变频的目的，并融合了多元化的保护功能使逆变电源系统的驱动电路变得简单可靠。

关键词逆变；脉宽调制；svpwm；控制器中图分类号tm4 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）49-0184-02许多行业的用电设备不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。

其幅值、频率稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，例如通信电源、不间断电源、医用电源等都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。

电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术，将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小变压器体积和提高供电质量的目的了[1]。

工控行业中，应用广泛的交流伺服电机的驱动单元使用的是频率可调的三相交流电，而电网提供的交流电是不变的，为了得到幅值和频率可调的三相交流电，我们需要进行直交变换。

本文采用了ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812作为控制器主处理器，采用先进的svpwm空间矢量控制算法，并且融合了多元化的保护功能，通过电流采样实现了逆变电源的过流和短路保护，具有良好的实用性。

1 系统结构逆变器中的变流器由三组igbt组成，在其运行的过程中，igbt 的通断频率是很高的，这就需要驱动信号发生器有较高的运算速度，能够产生所需频率的驱动信号，而高性能控制器dsp可以满足这个要求。

ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812，其工作频率高达150mz，高性能的32位cpu，大大提高了控制系统的控制精度和芯片处理能力，是目前控制领域最先进的处理器之一，其pwm发生电路可以根据需要直接改变pwm输出频率，随时改变pwm 的脉宽，能够满足逆变器的控制要求。

基于DSP的逆变器硬件设计本文针对中小功率三相变频电源，提出基于DSP28335控制器对三相电压型桥式逆变电路做系统设计工作。

从逆变器的工作原理、逆变系统硬件设计以及逆变系统软件设计三个方面在文中进行论述。

硬件设计包括以DSP （TMS320F28335）为核心控制器的最小系统，采用PWM控制技术，设计出控制电路。

以主电路、驱动电路、保护电路、滤波电路、采样电路和其他辅助电路的硬件设计为基础组成一套完整的逆变输出系统。

并以交流异步电机作为负载，实现其恒压频比调速的控制目标。

标签：逆变器，异步电机，三相桥式逆变，恒压频比控制，DSP283351 研究背景和意义随着电力电子技术及电力半导体的飞速发展，发达国家大量推广采用了逆变技术的电源，由此推动了各种工业技术的发展，也促进了逆变式电源的发展。

电力电子功率开关器件的高压大容量化、集成化、全控化、高频化及多功能化方向的发展，相信不久的将来逆变电源将会进入一个新的发展时代[3]。

现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一项科学技术，它建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体交流技术、脉宽调制（PWM）技术等学科基础之上的一项实用技术。

它的研究对逆变器性能的提高与进一步推广应用，以及对电力电子技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。

逆变技术是电力能源利用、提高供电质量等领域的重要环节，逆变器作为核心装置，实现电源交换系统中重要的能量转换，决定了系统输出的稳定性和转换效率，是当今世界在电源交换领域研究的重点。

2 三相桥式逆变电路原理三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路。

但在三相逆变电路中，应用最为广泛的还是三相桥式逆变电路，采用IGBT作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路如图2-1所示，可以看成是由三个半桥逆变电路组成。

电路的直流侧通常只有一个电容器就可以了，但为了方便分析，画作串联的两个电容器并标出假想中点N’。

本科毕业设计说明书基于TMS320LF2407A的数字逆变电源的设计THE DESIGN OF DIGITAL INVERTER BASED ONTMS320LF2407A学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：2013年06 月01 日基于TMS320LF2407A的数字逆变电源的设计摘要逆变电源是一种采用电力电子技术是进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。

逆变电源技术是一门综合性的产业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。

逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。

电源技术的发展使得数字控制系统控制的电源取代传统电源已成为必然。

逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。

目前逆变电源的核心部分就是逆变器和其控制部分，虽然在控制方法上已经趋于成熟，但是其控制方法实现起来还是有所困难。

因此，对逆变电源的控制和逆变器进行深入研究具有很大的现实意义。

随着现代科学技术的迅猛发展，逆变技术目前已朝着全数字化、智能化、网络化的方向发展。

而作为专用的DSP的出现，更是为研究和设计新型的逆变电源提供了更方便、更灵活、功能更强大的技术平台。

本文采用美国德州仪器公司(TI)新近推出的一种TMS320LF2407A数字信号处理器，作为逆变电源中的核心控制部分进行研究。

以实现所研制的逆变装置能输出标准的正弦交流电。

本文主要分析了变频电源技术现状、发展趋势和存在的难点，指出论文的研究内容和意义。

详细讨论了逆变器的SPWM调制法工作原理，介绍了数字实现时对称规则采样法和不对称规则采样法的特点。

通过分析SPWM波形产生规律和特点，选择了以不对称规则采样法为基础实现的单极性SPWM控制，并且具体介绍了DSP实现SPWM。

文中设计出了整个逆变电源的硬件结构，其主要核心部分是IPM和DSP控制部分。

基于DSP的电阻焊机电源控制电路设计从中频逆变技术现状、中频逆变电源原理出发，提出并设计出了基于DSP(Digital Single Process)的大功率中频逆变电阻焊电源控制电路。

实验验证了此设计方案的可行性和优越性，即控制电路简化、器件少、体积小、降低了成本、短路保护动作可靠,满足性能指标的要求,提高了系统的控制精度等优越性。

1 引言电阻焊是一种重要的焊接工艺，具有生产效率高、成本低、节省材料和易于自动化等特点，被广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等工业。

近年来，随着汽车和制罐等制造业的迅速发展，专用电阻焊机也得到了空前的发展，逐步趋向自动化和机器人化。

焊接控制电源是电阻焊机系统中的一个重要组成部分，由于电力电子技术的快速进步，中频直流逆变电阻焊接电源作为一种新型的控制电源，以其显著的高质低耗的特点成为电阻焊电源的发展方向。

逆变控制型大功率直流电源，是一种节能，高效，结构简单的电源。

但是，目前功率过小，焊接技术不是很好，焊接质量得不到保证等问题[2]。

其关键是功率开关管的开关损耗大。

既浪费了电能，又影响了逆变电路工作的可靠性。

因此，在大功率电阻点焊直流电源中如何克服和减小开关损耗成了一个重要问题[6]。

当前国内的逆变电源电阻焊机多用模拟控制,控制电路相当复杂,维修困难,且整机体积大[1]。

而国外许多厂家研制的数字化电阻焊机,焊接自动化水平高,质量可靠,但是价格非常昂贵。

针对这个问题,本文将DSP（TMS320LF2407A）控制技术应用于逆变电阻焊机的研究中,以保证逆变电阻焊机的静、动特性品质,同时进一步体现逆变电阻焊机的轻巧、节能，安全、可靠的保护等特点。

本文介绍的基于DSP的大功率中频逆变电阻焊电源设计是一个很好的问题解决方案。

2 中频逆变电源中频逆变直流电阻焊机的供电电源是由三相工频交流电源经整流电路和滤波电容变成直流电源，再经由功率开关器件组成的逆变电路变成中频方波电源，然后输入变压器降压后经低管压降的大功率二极管整流成直流电源，供给焊机的电极对工件进行焊接（图1所示）。

基于DSP的逆变电源数字控制电路的设计宋冬冬;马玉泉;田树耀【摘要】作为一种电能转换装置,逆变电源的基本工作原理是通过功率开关器件的开通和关断作用,把直流电能转化成交流电能.研究了基于DSP的数字控制正弦波逆变电源的电路拓扑结构、以及TMS320LF2407 DSP的程序设计方法,对系统硬件设计及软件设计做了深入的分析.针对单极性SPWM调制法的过零点振荡的问题,对单极性SPWM调制法进行了改进,并对调制方法进行了实验验证.研究了逆变电源控制系统硬件电路的参数设计,包括直流/交流电压采样电路的设计,交流电压采样电路的设计,推挽正激电路和全桥逆变电路中功率开关器件的驱动电路设计,逆变电源的输入过压/输出过流保护,以及控制系统中的辅助电源参数设计.实验表明,设计方案成熟可靠,具有很高的实际应用价值.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】4页(P29-32)【关键词】逆变器;DSP;全桥逆变;SPWM调制法【作者】宋冬冬;马玉泉;田树耀【作者单位】河北科技师范学院研究生部,河北秦皇岛066004;河北科技师范学院机电工程学院,河北秦皇岛066004;河北科技师范学院机电工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TM4510 引言作为独立风电系统中的中小功率正弦波逆变电源，其特点是:输入类型为蓄电池，输入电压多为24 V至48 V，属于低压大电流的DC/AC变换器。

由于电路处理的功率比较小，电磁兼容性问题不是十分严重，因此主电路选择了两级式结构以获得低成本和高功率密度的优势;同时选用隔离型DC/DC变换结构以满足电气隔离的要求。

1 逆变电源控制电路设计控制电路包括以TMS320LF2407A为核心，外围电路包括直流电压采样电路、交流电压采样电路、交流电流采样电路和辅助电源。

其结构图如图1所示。

1.1 基于TMS320LF2407的控制电路设计图1 基于TMS320LF2407的控制电路结构框图TMS320LF2407 为低功耗系列 DSP［1］。

基于DSP变极性TIG电源的控制系统摘要本文提出了一种基于DSP的变极性TIG逆变焊接电源。

讨论了用DSP芯片控制焊接电源的硬件设计和软件设计，对主电路和控制电路进行了matlab仿真实验，实验证明了该电源工作稳定可靠，较好地满足了工艺性能。

根据变极性TIG焊电流的各参数正负电流幅值比、正负电流时间比及二次逆变频率对焊接工艺性能的不同影响机理，设计出符合条件的电流波形。

关键字：变极性TIG焊接电源；DSP； matlab；二次逆变AbstractProposed one kind based on the DSP variable polarity TIG inverter welding power source. Discussed the use of DSP chip control welding power hardware design and software design, the main circuit and control circuit of the MATLAB simulation experiments, the experimental results show that the power supply is stable and reliable, can satisfy the process performance. According to the variable polarity TIG welding current parameters of positive and negative current amplitude ratio, positive and negative current time ratio and the two inverter frequency on welding performance of different effects mechanism, designed to meet the conditions of the current waveform.Key：variable polarity TIG power；DSP； matlab；dual inversion随着计算机和信息产业的飞速发展，特别是数字信号处理器（DSP）的诞生于开速发展，使各种数字信号处理算法得以实现。

第三章ＤＳＰ控制系统的硬件设计输入信号ＩＮＰＵＴ，通道２是输出信号ＯＵＴＰＵＴ的波形，从它的上升时间和下降时间可以看出，在输入信号为２０ｋＨｚ时，该光耦的速度可以满足要求。

６Ｎ１３７图３－１１采用６Ｎ１３７的光电隔离电路图３—１２６Ｎ１３７的测试波形（图３－１１中接法）３．４．２．５ＰｗＭ输出电路ＴＭｓ３２０ＬＦ２４０７Ａ输出的ＰＷＭ信号的峰值是３．３Ｖ，而驱动电路需要的ＰＷＭ峰值是】５Ｖ。

因此ＰＷＭ输出电路的作用是将ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的ＰＷＭ引脚输出的ＰＷＭ信号进行幅值放大，并提高输出电流，然后送入驱动电路。

为了保护ＤＳＰ芯片和防止干扰，必须要将ＤＳＰ输出的ＰＷＭ信号进行光电隔离。

因为ＰＷＭ信号的频率为２０ｋＨｚ，所以要选用高速光耦，这里选用了６Ｎ１３７，前面已经给出了光耦隔离电路的电路原理图，并进行了测试。

需要说明的是，６Ｎ１３７对输入电第三章ＤＳＰ控制系统的硬件设计流有严格要求，因此首先要使ＤＳＰ输出的ＰＷＭ信号具有驱动光耦的能力，也就是要提高它的输出电流，在这里用非门并联的方法来实现。

功率放大后的ＰＷＭ信号经过光电隔离（图３．１１）后再送入比较器的一个输入端，迸行幅值放大。

为了焊机的驱动电路能正常工作，将比较器的输出信号再进行一次功率放大，仍然采用非门并联的方式。

最后送入焊机驱动电路的信号是ＤｒｉｖｅＳｉｇｎａｌ，如图３－１３所示。

本研究需要两组ＰＷＭ输出，共３个ＰＷＭ引脚，分别触发焊机逆变器（ＰｗＭ７和ＰＷＭ９）和送丝机主电路中的开关管（ＰＷＭ３）。

ｌ＞‰Ｆ＋】５Ｖ—Ｔ，磊Ｕ妊１Ｂ磊４ｉ一５耆ＵＩ淼Ｃ孑６№：＝Ｃｌ＼越２８．Ｄｒｉｖｅ＆ｍ＼Ｄ＇２ＡｌＩ嘎ＩｕＦ９ｒ７’二口∞ｊＮ／苟淼９ｕ阳ｑ１毒ＵＩ赢Ｅ面１０－Ｉ磊ＵＩ荒Ｆ忑）．２ｉ—３图３—１３ＰＷＭ信号输出电路３．４．２。

６键盘接口电路和显示电路键盘采用４ｘ４标准键盘，采用矩阵式接口形式，按键识别采用扫描法。

占用ＤＳＰ的ＩＯＰＦＯ～ＩＯＰＦ２和ＩＯＰＣ２～ＩＯＰＣ６共８个Ｉ／Ｏ口。

基于DSP的电源控制系统的软硬件开发摘要：介绍了一种基于DSP的逆变电源控制系统，详细阐述了系统组成结构和软硬件设计。

该系统采用TMS320F2812作为主控制器，最大程度的减少了硬件电路的搭建，实现了对逆变电源的数字控制。

实验结果证明，该系统具有良好的稳压功能，既能满足一定控制精度要求，又能满足实时性要求，可以很好的控制115V/400Hz逆变电源的输出。

关键词：DSP；TMS320F2812；SPWM；逆变电源1 引言随着现代电力电子技术的不断进步和信息技术的发展，逆变电源越来越广泛的应用于通讯、航海、航空、医疗、军事等诸多领域，同时用户对逆变电源的性能也有了越来越高的要求。

作为逆变电源的核心，逆变器的控制系统对提高电源性能起着极其关键的作用。

逆变电源的控制器经历了从模拟控制器到数字控制器的发展, 数字控制器与模拟控制器相比较，具有控制精度高、参数调整方便、更改控制策略灵活等优点。

尤其随着控制专用DSP的出现，使得逆变电源的控制技术朝着全数字化、智能化及网络化的方向发展。

本文选用TI公司新推出的数字信号处理器TMS320F2812作为电源的主控制器，设计了一种结构简单、扩展方便的控制系统，实现了逆变电源的精准控制。

2 系统组成本文所设计的电源是400Hz逆变中频电源，电源总体结构如图1所示，主电路采用交-直-交结构，包括整流器、直流滤波器、逆变器、变压器及交流滤波等组成部分。

交－直部分将50 Hz交流市电经桥式整流、平波电抗器、电解电容滤波后变为平稳直流，桥式整流电路为半控结构。

直－交逆变部分采用全桥结构，逆变器选用IGBT作为开关器件。

利用IGBT开关频率较高的优点，采用正弦脉宽调制方式（SPWM）对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，输出SPWM波幅值恒定，宽度按正弦规律变化，逆变器输出的交流电经变压器及滤波电路滤波后，得到纯正的正弦波交流电。

以TMS320F2812为核心的控制部分结构如图2所示。

基于dsp的弧焊逆变电源数字化控制系统随着汽车车身控制应用复杂性的不断提高，对16位微控制器(mcu)的性能要求也越来越高。

以前曾用机械方法控制的门控、座椅调节、车内照明和空调系统现在都改成了电子控制。

许多半导体厂商包括摩托罗拉公司所提供的大量专用半导体解决方案使这些新的电子控制应用成为可能。

这些新的解决方案不仅提供了必要的控制功能，还提供了旧机械系统所不能提供的高级诊断能力。

消费者希望新型汽车中的控制系统能及时对车内发生的任何系统工作故障发出报警信息。

本文主要介绍摩托罗拉公司的mc9s12dp256 16位mcu和若干个外围ic产品，这些产品专为适应汽车系统中常见的恶劣环境而设计，此外，还详细讨论这些产品提供的高级诊断功能。

电源系统电源系统是任何汽车系统设计中最重要的子系统之一。

整体功耗、电池反极保护、汽车跳启、车辆噪声和汽车休眠都是必须考虑的因素。

如果电源设计比较糟糕的话，再好的系统也不能正常发挥作用。

摩托罗拉公司提供的智能化电源半导体产品能很好地管理电源子系统的所有方面。

摩托罗拉公司的系统级芯片(sbc)mc33989具有二个电源整流器，专为mcu和外围器件提供电源。

片上还提供1个速度为1兆波特的can接口、4个高压唤醒输入端以及系统保护功能。

这个智能化的半导体器件可以提供所必须的系统电压，它内部有一个低噪声的200ma整流器用来给外围设备供电。

另外，还有一个控制外部导通晶体管的装置用来给外围设备供电。

这个外部导通晶体管允许调整二次电源，使之满足每种特殊应用所需的功耗极限要求。

二次供电电源还能根据要求切断所选外围设备的供电，并以次达到减低功耗的目的。

输入电源直接来自车载电池。

只需加一个外部二极管就能达到电池极性保护的目的。

sbc可在所有过压条件下完成保护动作。

功率mosfet工艺技术的应用也使本器件在电池电压低至4.5v时还能正常工作，当电池电压低至3v时能输出电池故障告警信号。

该电源系统还有过温保护功能，温度到160摄氏度时将进行内部热关断处理，温度在130摄氏度时会输出告警信号。