基于DSP28335的三相逆变器设计

宋宏彪 周艳 唐腾 邓泽平

摘要：三相逆变电源在工业领域、电力电子领域和日常生活中都有着广泛的应用，研究三相逆变器有利于我们更好的利用电能。本论文研究的就是基于DSP28335的三相逆变器设计，将直流600V转换为交流380V，通过设计逆变电路、滤波电路、采集电路、驱动电路来共同实现的。本次设计的硬件设备主要有功率开关器件MOSFET管、DSP28335开发板、驱动芯片TLP250等等，软件设计主要包括两个方面一是利用DSP28335开发板编写程序使其发出PWM信号来控制功率开关管的关断：另一方面是利用DSP28335的ADC模数转换模块编写程序将交流电转换成直流电供DSP28335开发板工作，最后在选择基于SPWM的脉冲宽度调制方式，试验结果表明，设计的控制器可以实现三相逆变功能。

关键词：DSP28335;三相逆变;SPWM;脉冲宽度调制

1 引言

逆变能源技术的持续发展和其应用将越来越重要。21世纪是我国实现人类新能源开发、资源的综合利用与对生态环境的综合保护相有机结合协调实现可持续发展的重要历史关键世纪，能源的综合利用结构优化与清洁可再生能源的再利用与开发，是我国实现人类新能源的综合利用清洁资源的重要组成部分[1-3]。同时当今世界主要化石生物燃料将逐渐被人类完全废弃和大量耗尽，氢气等可再生能源与其他可再生利用能源将逐步地完全取代了传统的太阳能和化石生物燃料而逐步发展成为当今人类的生活中可使用的一种主体可再生能源，这种主体能源的发展变迁将极大地使得新能源发电的方式发生一次大的变革，使用高效的氢再生能源和使用可再生能源的高效低污染的化石燃料和动力电池发电的方式，将逐步发展成为人类主体能源发电的方式。

2 三相逆变器的硬件设计

基于DSP28335的三相逆变电源的总体设计原理：输入的直流电通过逆变电路逆变成交流电输出，然后通过滤波电路去除高次谐波输入给电压电流采样电路，电压电流采样电路将采集到的高电压和大电流转换成DSP主芯片能够进行处理低电压和小电流，而单相逆变电路的关断又是靠DSP主控电路发出的SPWM脉冲来进行控制的，但是由于DSP主控电路发出的SPWM脉冲信号太小不足以驱动单相逆变电路的功率开关管，所以本次设计还设计了驱动电路，来驱动三相逆变电路。

本次逆变电源设计的主控电路是由DSP28335的最小系统其组成的，其包括以下4个方面：

（1）电源电路

由于DSP2835中的内核电压为1.9V和3.3V所以必须通过其外围电源模块中的电压转换芯片TD6821將高电压转换过来。

（2）复位电路

当我们的系统处于死机或者瘫痪情况时，我们可以通过按下复位键使得我们的程序重新运行，由于DSP28335的复位芯片是低电平有效，所以其复位键RST1一端连着地，一端直接连接复位管脚，所以当我们按下复位键时复位芯片就直接接入低电平，将我们的系统复位，同样的我们开机时也会自动复位，由于RC电路的存在。

（3）时钟电路

时钟电路是DSP28335工作的基础，而本次设计的时钟电路是采用的是内置振荡器时的接法，只要在X1与X2时钟芯片引脚之间接一个晶振就可以构成时钟电路。

（4）下载电路

下载电路就是通过DSP28335中的JTAG模块来进行运行的，因为我们所开发DSP的仿真器都是JTAG的标准接口，通过JTAG接口进行程序的烧入和调试，为工程的开发提供方便。

此外，采集电路的对电源的输出品质非常重要，同样也影响着输出电压的精确度，所以在本次设计中分别设计了电压采集电路和电流采集电路，把采集到的电压和电流传送给DSP28335芯片进行数据的分析和处理。

（1）电压采集电路

电压采集一般情况下有三种方法分别是霍尔传感器检测法、电阻分压检测法和电压互感器检测法，出于对成本等因数的考虑，本次设计采用的是电压互感器检测法。

（2）电流采集电路

电流的采集电路和电压采集电路一样也分为三种，同样出于综合因素考虑本次电流采样电路采用的也是电流互感器检测法。

因为DSP28335芯片所产生的PWM信号电压不足以控制逆变电路的功率开关管的关断，所以我们必须要设计一个电压驱动电路来放大DSP28335产生的PWM信号。

目前市场上有很多成熟的驱动芯片，例如TLP250、TLP108、IR2110、IR2304等等一系列驱动芯片，在本次的逆变设计中出于对DSP主芯片的保护采用的是TLP250光耦驱动芯片，TLP250光耦驱动芯片结构简单，稳定性好。TLP250芯片具有8脚直插封装，工作电压足够大，输出电流最高可以大于1.0A，而且它的最小隔离电压可以大于1000V，对输入和输出都可以进行有效的隔离。

TLP250芯片是利用15V的电源电压来进行供电的，DSP28335在产生PWM信号后，通过电阻R1连接引脚2上面，其二极管刚接受时的电流只有几毫安，但是经过其内部的电流放大电路和互补电路，使得输出的电流最可以到达1.5A，通过引脚6和引脚7间的限流电阻把电流传送给功率开关管的栅极，同时可以减少电阻R2来增大输出电流提高开关的开断速度，同理也可以合理选择电阻R3的阻值来提高开关的开断速度。

因为本次输出的电压波形为等幅不等宽的高频脉冲波，这种波形不仅包含基波而且还包括高次谐波，所以要在电压的输出端设计滤波电路来消除高次谐波，得到基波，基于前人经验本次设计采用的是LC低通滤波电路来进行滤波。

在实际电路应用中根据输出的电流电压选择合适的电感与电容就可以快速而高效的滤波。

3 软件设计

软件的设计关键在于SPWM功能的实现，本次设计中的三相SPWM脉宽调制信号的产生是由ePWM外设模块中的四大基本子模块时TB、CC、AQ和DB共同来完成的。SPWM采用查表的方式，表格实际为类似一个正弦波信号的比例值，当程序运行时，按正弦波的比例依次取出表格中的值，送入ePWM中，产生按脉冲时间面积与正弦波等效的等幅窄脉冲信号驱动功率电路，输出高压等幅脉冲信号。

4 总结

本文设计研制了一款基于DSP28335的三相逆变器，采用SPWM控制策略，试验结果表明，逆变器输出波形接近三相正弦波，三相波形错相120度，可以满足负载的需要。试验结果与预期相符，对于工程实践具有一定的参考价值。

参考文献

[1]刘华亮，李建英，覃杭湖，周青山.三相SPWM逆变器的研究与设计[J]. 电子世界. 2020，（07）：201-203。

[2]聂俊飞，罗婷，邹陆华，黄强.基于STM32的SPWM三相逆变系统设计[J]. 邵阳学院学报（自然科学版）. 2019，16（02）：15-21.

[3]Hamadullah.基于DSP的三相逆变器研究[D]. 长春工业大学，2018.

作者简介：宋宏彪，男，汉，湖南怀化，1986.11，硕士，工程师，怀化学院，湖南省怀化市，研究方向：现代电力电子技术及系统。

资助项目：基于新型电力电子器件的光伏并网逆变器研究，2020，省教育厅科研项目，项目编号：20C1492。