摘要  研究了一种基于TMS320F2812 数字控制的变频调压交流电源设计，由TMS 320F2812控制DC-DC和DC-AC 两级，通过两级联合调节实现高精度的宽范围变频调压交流电源。给出了设计方案、参数和实验结果。 
    关键字  DSP控制；变频调压；交流电源 
Design of VVVF Power Signal Source with DSP TMS320F2812 
ZHENG Meng1, MA Hao1, YANGYi2 
( 1. College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, China;2.Wenzhou Power Co., LTD., Wen Zhou Zhejiang 325602, China) 
    Abstract  This paper presents a power signal source with digital controlled by DSP TMS320F2812. The power signal source described is capable of providing a stable AC power source with variable amplitude and variable frequency over a wide range. It can provide a accurate VVVF AC power source by combinative adjusting with DC-DC and DC-AC. The design scheme, parameters and experimental results are presented. 
    Keywords  DSP control; VVVF; AC power source  
   

基于TMS320F2812的变频调压功率信号源设计

0 引言

介绍应用于仪器和设备测试的高精度宽频率功率信号源的设计。传统的功率信号源一般采用线性电源或模拟控制的功率开关变换电源。随着高性能DSP控制器的出现，使采用数字化控制的功率开关变换电源作为功率信号源成为可能，有利于提高系统的集成化水平和控制功能。

介绍的功率信号源采用工作频率为150MHz 的TMS320F2812 控制，并且采用DC-DC 和DC-AC 两级联合调节实现。

1 系统的整体结构

这里介绍的功率信号源可提供输出电压从2~100V 可变，频率从20~1000Hz 可变，并且可以在50Hz 基频的情况下叠加基波幅值0~30%的直流分量与2到9次的各次谐波分量。输出电压幅值最小可调步长和分辨率为0.1V，输出电压频率最小可调步长和分辨率在20~100Hz 时为0.1Hz，在100~1000Hz 时，为1Hz。在额定工作条件下，在2~100V范围内，应能连续输出0.5A的电流，即最大输出50VA的功率。

为了满足系统的高精度及输出电压和频率均可变的要求，系统框图如图1 所示,整个系统由AC-DC、DC-DC 和DC-AC三部分组成。由于对输出功率的要求比较小，所以采用了反激式直流变换电路。DC-AC级采用全桥逆变电路。整个系统的控制是基于TI公司的DSP TMS320F2812。DC-DC 环节采用INFINEON公司的ICES2AS01 控制，其给定信号Vref 由DSP根据 控制要求产生，从而获得可调的直流电压Vdc。DC-AC环节由DSP直接进行PWM 控制，从而产生所需的功率信号波形。

SP TMS320F2812有以下的几个特点。

1) 速度方面：TMS320F2812 最高工作频率为150MHz（30MHz的晶振经过倍频而得到）。

2)AD精度：TMS320F2812的AD采样精度可以达到12位。

3)TMS320C2812是32位的定点DSP，可以方便的做32位与32位的乘法，能满足高精度与快速计算的要求。

2 控制方案及参数设计

2.1 逆变器建模与控制方案设计

单相全桥逆变器及其双环控制的结构框图如图2所示，Vdc为输入直流电压，S1~S4 是功率MOSFET 管，L 为输出滤波电感，C 为输出滤波电容。其控制环节采用电压外环电流内环的双环PID控制。采用输出电压与电压给定进行比较得到误差电压，误差电压经过PI 环后成为电流环的给定，与电流采样值再进行比较，再经过P 环节，最后由DSP的PWM 环节产生控制信号。由于电感电流等于电容电流和负载电流之和，其中电容电流为输出电压的微分，对电感电流进行控制相当于使系统能超前对输出电压进行控制，因此能得到更好的动态性能。另外电感电流包含了负载电流，所以又可以对负载起到限流作用。

逆变器输出电压的采样为差分采样模式，电感电流采样采用电流霍尔器件。电压采样系数为0.0109，则采样精度为：

此主题相关图片如下：
（其中，3V 是DSP采样的最大电压值）满足系统要求。

根据逆变器的结构框图可以得到逆变器系统的控制框图，如图3所示。其中
此主题相关图片如下：
，是电压环PI调节的传递函数，Ki是电流环P调节参数，Km是PWM环节的有效增益。K1是内环电流环的增益，K2是电压外环的增益，HSH(s)是零阶保持环节，为：
此主题相关图片如下：
，由于频率较高，即T较小，所以近似为:

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