專利名稱：基于dsp的全數(shù)字化三相中頻逆變器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于ー種三相中頻逆變器，具體涉及ー種基于數(shù)字信號處理器(DSP)的全數(shù)字化三相中頻逆變器，特別適用于大功率的中頻逆變器。
背景技術：
正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)技術是現(xiàn)代電カ電子變換控制的核心技術，是エ業(yè)應用中最為常見的ー種方法。傳統(tǒng)產(chǎn)生SPWM信號的方法主要是采用專用集成電路來實現(xiàn)SPWM(如HEF4752、SA4828等)，主控系統(tǒng)采用單片機實現(xiàn)，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)雖然比較簡單，但單片機抗干擾性差，處理精度低，尤其對于大功率中頻逆變器，由于單片機精度的問題，很容易造成逆變器輸出電壓波形不穩(wěn)定。
隨著DSP的廣泛應用，由于DSP精度高、計算速度快、抗干擾性好，采用DSP實時計算生成SPWM脈沖信號，同時在DSP內(nèi)部完成AD (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換、數(shù)字PI (比例積分)控制等，整個逆變器系統(tǒng)僅由以DSP為核心的控制板及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)組件、LC濾波器構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高。另ー方面，在逆變器控制方法中，為保證逆變器動態(tài)調(diào)整性能及輸出穩(wěn)定性，很多系統(tǒng)采用雙環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流瞬時值控制，外環(huán)為電壓有效值控制。但對于大功率中頻逆變器而言，受到大功率開關器件IGBT最大開關頻率的限制，造成SPWM的載波比N必然很低，仍采用雙環(huán)控制勢必造成逆變器輸出電壓波動大，控制穩(wěn)定度差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術的缺點而提出的，其目的是提供ー種適用于大功率的基于數(shù)字信號處理器(DSP)的全數(shù)字化三相中頻逆變器。本發(fā)明的技術方案是一種基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器，包括IGBT智能功率模塊、LC濾波器、反饋變壓器和控制板.三組IGBT智能功率模塊并聯(lián)連接，接直流電壓，三組IGBT智能模塊的中點分別連接LC濾波器的濾波電感，濾波電感的另一端與濾波電容相連，濾波電容另一端并聯(lián)連接在一起，濾波器輸出端連接負載，反饋變壓器一次側(cè)連接LC濾波器輸出端，反饋變壓器二次側(cè)連接至控制板反饋輸入端ロ。所述的控制板包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動脈沖轉(zhuǎn)換電路、電壓反饋采集電路、IO接ロ電路、故障保護電路、數(shù)字信號處理器(DSP)和電源模塊。其中，電源模塊提供電源，其余電路均與數(shù)字信號處理器連通。所述的PWM脈沖轉(zhuǎn)換電路7包括Rl與Cl、一號反相器(0C門)的I腳相連，Cl另一端與GND連接，一號反相器的2腳與二號反相器(CMOS門)的3腳、R2連接，R2另一端連接+15V，二號反相器的2腳與C2、R3連接，C2的另一端接GND。本發(fā)明控制精度高、抗干擾性好、運算速度快，控制算法簡單，輸出電壓穩(wěn)定，逆變器動態(tài)調(diào)整性能好，制作エ藝簡單、成本低。
圖I是本發(fā)明基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器電路 圖2是本發(fā)明的控制板電路 圖3是本發(fā)明的PWM驅(qū)動脈沖轉(zhuǎn)換電路 圖4是本發(fā)明的電壓反饋采集電路 圖5是本發(fā)明的IO接ロ電路；
圖6是本發(fā)明的故障保護電路圖。其中 IIGBT智能功率模塊 2 LC濾波器 3反饋變壓器4控制板
5濾波電感6濾波電容
7 PWM驅(qū)動脈沖轉(zhuǎn)換電路 8電壓反饋采集電路 9 IO接ロ電路10故障保護電路
II一號反相器12 二號反相器 13運算放大器 14反饋電壓端子 15光電耦合器 16電平變換門 17與門 18或非門
19數(shù)字信號處理器20電源模塊。
具體實施例方式下面，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器進行詳細說明
如圖I所示，一種基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器，包括IGBT智能功率模塊1、LC濾波器2、反饋變壓器3和控制板4。其中，三組IGBT智能功率模塊I并聯(lián)連接，接直流電壓(例如600V)，三組IGBT智能模塊I的中點分別連接LC濾波器2的濾波電感5，濾波電感5的另一端與濾波電容6相連，濾波電容6另一端并聯(lián)連接在一起，濾波器2輸出端連接負載。反饋變壓器3 —次側(cè)連接LC濾波器2輸出端，反饋變壓器3 二次側(cè)連接至控制板4反饋輸入端ロ，控制板4通過檢測輸出電壓，利用DSP片上AD采集通道，直接進行直流電壓采集，并進行相應的運算控制，利用DSP片上專用PWM ロ，產(chǎn)生六路PWM脈沖，驅(qū)動IGBT模塊。如圖2所示，所述的控制板4包括PWM驅(qū)動脈沖轉(zhuǎn)換電路7、電壓反饋采集電路8、IO接ロ電路9、故障保護電路10、數(shù)字信號處理器(DSP) 19和電源模塊20。其中，電源模塊20提供電源，其余電路均與數(shù)字信號處理器19連通。DSP19選用TI公司TMS320LF2407 ；電源模塊20選用M0RNSUN電源模塊，包括+15V/VDD1和+15VSS1及+15V/VCC，其中VDD1、VSS1為所有模擬芯片供電，VCC為DSP及控制板中數(shù)字芯片供電，+15V為驅(qū)動轉(zhuǎn)接板供電，DSP板內(nèi)部完成5V/3. 3V轉(zhuǎn)換，DSP板是控制核心，實現(xiàn)所有外圍信號連接。電壓反饋采集電路完成逆變器幅值采集，PWM脈沖變換電路實現(xiàn)IGBT驅(qū)動信號的變換，IO接ロ電路實現(xiàn)所有數(shù)字信號的通信，故障保護電路主要實現(xiàn)逆變器故障檢測。如圖3所示，所述的PWM脈沖轉(zhuǎn)換電路7包括Rl與Cl、一號反相器(0C門)11的I腳相連，Cl另一端與GND連接，一號反相器11的2腳與二號反相器(CMOS門)12的3腳、R2連接，R2另一端連接+15V，二號反相器12的2腳與C2、R3連接，C2的另一端接GND。該電路為一路PWM脈沖變換電路，其他五路電路相同。如圖4所示，所述的電壓反饋采集電路8，其電路的連接關系如下反饋變壓器3二次側(cè)的三相輸出電壓通過端子14的1、2、3腳分別連接至Dl陽極、D2陽極、D3陽極，Dl陰極、D2陰極、D3陰極、C3、R4、R5連接一起，D4陽極、D5陽極、D6陽極與C3另一端、R4另一端、R8連接一起，D4陰極與Dl陽極連接，D5陰極與D2陽極連接，D6陰極與D3陽極連接，R5另一端與R6、R7、R8另一端串聯(lián)連接，R6與R7公共點與R9連接，R9另一端與D7陽極、D8陰極、運算放大器13的12腳連接，運算放大器13的13腳、14腳與RlO連接，RlO另ー端與R11、C4、R12連接，R12另一端與D9陽極、DlO陰極連接，Rll另一端C4另一端與DlO陽極連接至AGND，D9陰極連接至3. 3VA。如圖5所示，所述的IO接ロ電路9，其電路連接關系如下外部IO信號通過LI與 R13連接，R13另一端與C5、Dll陰極連接、光電耦合器15的I腳連接，C5另一端與Dll陽極、光電耦合器15的2腳連接至GNDPLC，光電耦合器15的3腳與R14、R15連接，R14另ー端連接至3. 3V，R15另一端與C6連接至DSP的IO ロ，C6另一端與光電耦合器15的4腳連接至GND。其他五路的IO信號電路與圖5相同。如圖6所示，所述的故障保護電路10，其電路連接關系如下報警信號ERR1、ERR2、ERR3分別通過R19、R20、R21連接至或非門18的I腳、2腳、8腳，C7、R16串聯(lián)連接，其公共點與或非門18的8腳及電平變換門16的3腳連接，C8、R17串聯(lián)連接，其公共點或非門18的2腳及電平變換門16的5腳連接，C9、R18串聯(lián)連接，其公共點與或非門18的I腳及電平變換門16的7腳連接。報警信號ERR4、ERR5、ERR6分別通過R25、R26、R27連接至或非門18的5腳、4腳、3腳，R22與ClO串聯(lián)連接，其公共點連接至或非門18的5腳，R23與Cll串聯(lián)連接，其公共點與或非門18的4腳連接，R24與C12串聯(lián)連接，其公共點與或非門18的3腳連接，或非門18的6腳與門17的3腳連接，或非門18的9腳和與門17的4腳、5腳連接。與門17的6腳與R30、電平變換門16的9腳連接，R30另一端與C14、R31連接，R31另一端和與門17的8腳連接，與門17的I腳、2腳分別與STOP、PROTECTION信號連接，經(jīng)過與門17的9腳輸出與R28連接，R28另一端與R29、C13連接至DSP的XINT2 ロ。C14另一端與R29另一端、C13另一端、ClO另一端、Cll另一端、C12另一端、C7另一端、C8另一端、C9另一端連接至GND。R16另一端、R17另一端、R18另一端、R22另一端、R23另一端、R24另一端連接至+15V，電平變換門16的2腳、4腳、6腳、10腳分別連接至DSP的 PICO、P2C0、P3C0、OT 端子。本發(fā)明的輸出功率最大300kW (cos(ji=0. 9)，容量約330kVA，輸出電流約500A。本發(fā)明控制精度高、抗干擾性好、運算速度快，控制算法簡單，輸出電壓穩(wěn)定，逆變器動態(tài)調(diào)整性能好，制作エ藝簡單、成本低。
權利要求
1.一種基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器，包括IGBT智能功率模塊(I)、LC濾波器(2)、反饋變壓器(3)和控制板(4)，其特征在于三組IGBT智能功率模塊(I)并聯(lián)連接，接直流電壓，三組IGBT智能模塊(I)的中點分別連接LC濾波器(2)的濾波電感(5)，濾波電感(5)的另一端與濾波電容(6)相連,濾波電容(6)另一端并聯(lián)連接在一起,濾波器(2)輸出端連接負載，反饋變壓器(3)—次側(cè)連接LC濾波器(2)輸出端，反饋變壓器(3)二次側(cè)連接至控制板(4)反饋輸入端口。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器，其特征在于所述的控制板(4)包括PWM驅(qū)動脈沖轉(zhuǎn)換電路(7)、電壓反饋采集電路(8)、IO接口電路(9)、故障保護電路(10 )、數(shù)字信號處理器(19 )和電源模塊(20 )，其中電源模塊(20 )提供電源，其余電路均與數(shù)字信號處理器(19)連通。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器，其特征在于所述的PWM脈沖轉(zhuǎn)換電路(7)包括Rl與Cl、一號反相器(11)的I腳相連，Cl另一端與GND連接，一號反相器(11)的2腳與二號反相器(12)的3腳、R2連接,R2另一端連接+15V, 二號反相器(12)的2腳與C2、R3連接，C2的另一端接GND。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP的全數(shù)字化三相中頻逆變器，包括IGBT智能功率模塊、LC濾波器、反饋變壓器和控制板。三組IGBT智能功率模塊并聯(lián)連接，接直流電壓，三組IGBT智能模塊的中點分別連接LC濾波器的濾波電感，濾波電感的另一端與濾波電容相連，濾波電容另一端并聯(lián)連接在一起，濾波器輸出端連接負載，反饋變壓器一次側(cè)連接LC濾波器輸出端，反饋變壓器二次側(cè)連接至控制板反饋輸入端口。本發(fā)明控制精度高、抗干擾性好、運算速度快，控制算法簡單，輸出電壓穩(wěn)定，逆變器動態(tài)調(diào)整性能好，制作工藝簡單、特別適用于大功率的中頻逆變器。
文檔編號H02M7/5387GK102843058SQ20121035719
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權日2012年9月24日
發(fā)明者彭樹文, 趙武玲, 王偉強, 于民東, 李玉賓, 姚廣 申請人:核工業(yè)理化工程研究院