基于TMS320F28027小型逆变器控制模块的研制——(II) 软件设计<br/>

基于TMS320F28027小型逆变器控制模块的研制——(II) 软件设计

2013-09-13钟梁成

电子测试 2013年18期

傅平，钟梁成

(闽江学院物理学与电子信息工程系，350108)

0 引言

本系统采用高性能数字信号处理(DSP)芯片TMS320F28027作为控制芯片，与传统的单片机相比，数字信号处理芯片采用哈佛结构，把程序指令存储和数据存储分开，这种结构可有效地提高运行速度与处理能力。在此结构的基础上，DSP芯片广泛采用流水线操作以减少指令执行时间，从而进一步增强了处理器的数据处理能力，为电源采用全数字双环控制提供了可行性解决方案。TMS320F28027还具有功能强大的EPWM模块，ADC模块和ECAP模块。近几年来，正弦脉宽调制SPWM（Sine Pulse Width Modulation）技术在逆变器中得到了广泛的应用，本系统依靠TMS320F28027的EPWM模块和高速处理能力，在线生成SPWM波形来控制绝缘栅双极型晶体管，实现逆变器的功能，减小了系统的体积。本文主要介绍系统软件设计的思路：包括SPWM波生成控制方案、死区控制方案、上位机显示方案等，最后为系统的测试结果。

1 总体方案

本逆变器的主控方案采用TI公司的TMS320F28027开发平台，其中输入的电压模拟量为0-400V，需要实现输出电压的从0V开始起调。系统带有死区控制，通过上位机软件可以设置死区时间，最大可为3μs。上位机软件用于实时通信，发送接收显示输入电压、输出电压、输出电流、输出频率和机体温度等。

F28027产生二路的SPWM波经过IR2113S来产生四路可以驱动功率晶体管器件的SPWM波。在逆变主回路的输入端与输出端对电流进行采样回送到ADC模块，用于过流保护。同时在输出端再对电压和温度进行采样，用于过压、欠压和过温保护。上位机软件通过SCI（UART）和F28027来进行通信。

F28027的增强型脉冲宽度调制器（EPWM）外设是电力电子系统的关键控制单元。通过设置EPWM模块来产生SPWM波，只需要用一个模块（本系统使用EPWM4）的死区发生器控制寄存器（DBCTL）设置为主高互补（AHC）模式来产生两路互补的SPWM波，再通过IR2113S来产生四路SPWM波。

2 系统软件设计

2.1 软件总体方案

在这个控制系统中，用到的主要模块有：EPWM4输出两路互补的SPWM波，TIMER0用于定时计数改变寄存器CMPA的值，使输出的占空比改变,ADC模块用于采样电压、电流与温度，ADC0中断用于处理采样的温度，ADC1用于处理采样的电流和电压。开始时系统先进行各个模块的初始化，首先是系统时钟的初始化（系统频率设置为50MHz），ADC初始化及中断处理，串口通讯初始化及数据处理，EPWM初始化及中断处理，TIMER0初始化，外设初始化等，然后系统等待TIMER0中断、ADC中断、SCI中断、EPWM中断。

2.2 SPWM波生成与控制方案

PWM控制就是输入一系列等值不等宽的脉冲，来控制逆变主回路功率器件的通断，从而输出一系列宽度不相等而幅值相等的脉冲，根据面积等效原理就可用这一系列等幅不等宽的脉冲来等效正弦波形。逆变电路引入这种控制技术后，只要控制输入的PWM波就可以改变逆变电路的输出频率和输出电压。DSP由内部的EPWM模块定时器进行计数,定时器的周期寄存器装载三角载波周期所需要的计数值,同时将正弦波各个比较点的幅值取出, 送给EPWM的比较寄存器,当定时器的计数值与比较寄存器的值相等时,发生比较匹配，定时器继续计数直至达到周期寄存器的值,发生周期匹配,一个三角载波周期结束。在F28027的EPWM模块中，只要改变对应的PRD（周期寄存器）和CMPX(比较寄存器)中的值，就可以方便的产生所需要的PWM波。SPWM调制技术是指使输出脉冲的宽度按正弦规律变化且正弦波等效的脉宽调制技术。逆变控制中引入SPWM技术所起的重要作用是它较好地抑制了谐波。本系统采用了双极性调制波。

2.3 死区控制方案

死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。由于功率器件本身都有一定的结电容，当给这些器件通断电时，功率器件并不会及时的导通或者关断，而是存在着一定的延迟，这就是功率器件导通关断的延迟现象。延迟现象会造成逆变主回路的同一个桥臂的上下两个器件同时导通，这样就会造成短路直通。本系统在设计硬件电路上加入结电容释放回路来尽可能地降低该影响，由于F28027的EPWM模块有专门的死区控制，使得死区时间可以灵活设置，也使功率器件工作更加可靠，有效避免系统炸机的危险。