基于DSP 56F801的正弦波輸出DC／AC電源

摘要：介紹了一個用于ups和可再生能源的小功率dc/ac電源的設計。該電源由高頻dc／dc環(huán)節(jié)和spwm dc／ac環(huán)節(jié)組成。由uc3846控制的dc/dc環(huán)節(jié)采用具有變壓器的推挽電路，實現低壓直流到高壓直流的變換并克服變壓器的偏磁。基于motorola的dsp芯片56f80l實現dc／ac環(huán)節(jié)的spwm信號發(fā)生、輸出交流電壓調節(jié)和整個電源的監(jiān)測和保護。該電源具有體積小，逆變效率高，波形質量好的優(yōu)點。
　　關鍵詞：隔離直流／直流轉換；正弦脈寬調制；驅動信號發(fā)生；輸出電壓調節(jié) 0 引言
　　目前，小功率dc／ac電源在ups以及可再生能源領域(如光伏戶用電源)得到了廣泛的應用。該類電源的功能是將低壓直流轉換為市電交流。這類電源的一種主電路結構是由高頻dc/dc和dc／ac(逆變)兩個環(huán)節(jié)組成。輸出波形和轉換效率是衡量這類產品的重要指標，而保證這些指標的關鍵之一是其控制器的設計。

　　本文介紹一個基于高性價比16位數字信號控制器dsp 56f801和脈寬調制芯片uc3846的dc／ac電源設計，該設計實現了裝置中控制信號的發(fā)生和測量信號的檢測，采用了電壓有效值反饋加前置濾波pid調節(jié)器的數字控制和硬件與軟件相結合的抗干擾措施。實驗結果表明該設計的dc／ac電源的輸出波形、效率和可靠性等指標均有所提高。1 主電路工作原理
　　圖1為該設計的主電路結構，其中24v蓄電池的直流電壓經過開關管s1和s2，高頻變壓器t、橋式整流器、l1和c1升壓為360v的直流高壓，再經s1～s6組成的逆變橋得到220v/50hz的交流輸出。1.l dc／dc環(huán)節(jié)
　　采用變壓器的升壓dc／dc環(huán)節(jié)中的原邊逆變電路拓撲有半橋式、全橋式、椎挽式等。半橋式電路輸出電平只能為蓄電池電壓的一半，全橋式電路由于其導通同路中存在2個管壓降，因此在低直流電壓回路中采用這兩種電路拓撲將限制裝置的效率，而推挽結構可充分利用蓄電池電壓，同時在導通回路中只有一個管壓降，因此本設計采用了推挽式結構。

　　推挽變換器每周期內s1和s2在各自的半周期內導通一次。為了防止變壓器的偏磁，s1和s2輪流導通的時間要相等，變壓器原邊的中心抽頭繞組的繞制要注意對稱。

　　變壓器副邊將與原邊耦合產生的交流電壓升壓，然后經不控整流得到高壓直流
電壓。dc／dc環(huán)節(jié)中的直流電壓關系由式(1)描述。
式中：vdc1為蓄電池電壓；
vdc2為dc／dc環(huán)節(jié)的輸出電壓；
n2為副邊匝數；
n1為原邊匝數：
d為占空比。

1．2 dc／ac環(huán)節(jié)
　　dc／ac變換器的主電路為由4個mos管構成的單相橋式逆變電路，將360v的直流電壓轉換成220v／50hz的交流電壓。

　　spwm調制又分為非倍頻和倍頻兩種方式，本文采用倍頻單極性spwm調制的逆變器，這種方式可以在不改變開關管工作頻率的情況下，通過對門極脈沖控制，使得輸出波形中最低次諧波頻率是開關頻率的2倍，從而可以減小濾波器的容量和體積。單相單檄性倍頻調制驅動信號的產生可以有兩種方法，一種是用頻率與幅值均相同，但相位卻相反的兩個正弦波和頻率為fc的三角載波交截，另一種是用頻率與幅值均相同，但相位卻相反的兩個頻率為fc的三角載波與一個正弦波交截，其結果均產生兩組pwm驅動信號，分別控制單相逆變橋的兩臂，逆變輸出波形的等效載波頻率為2fc，本文采用的是前一方案。2 電源的控制結構
　　dc／dc環(huán)節(jié)由電流控制型脈寬調制器芯片uc3846控制。該芯片支持一個雙環(huán)控制結構，可以實現輸出電壓調節(jié)、逐脈沖的電流限幅、對稱性校正和多電源模塊的并聯等功能。dc／dc環(huán)節(jié)由uc3846外部rc元件設置工作頻率為50khz。本設計中測量dc／dc環(huán)節(jié)的輸出電壓vdc2以形成電壓外環(huán)，同時還將電流互感器套在變壓器t的輸入母線上測量流過主開關管的電流以形成電流內環(huán)，通過uc3846形成雙閉環(huán)結構調節(jié)tout，以維持vdc2的穩(wěn)定。uc3846通過其外接元件可方便地設定dc／dc環(huán)節(jié)高壓側輸出電壓和低壓側的電流限幅值。

　　motorola公司的56f801為一種16位數字信號控制器(dsc)芯片，它將數字信號處理器(dsp)和微控制器豐富而靈活的外設集成在一個芯片中，可并行操作的3個執(zhí)行單元在一個指令周期中執(zhí)行6個操作，為多種應用提供廉價的解決方案。它的一個突出特點是提供pwm和adc模塊，支持多電機或多相控制。56f801的pwm模塊生成spwm信號方便簡潔，無需占用定時器資源。本設計中該芯片產生dc／ac環(huán)節(jié)巾s3~s6的pwm驅動信號，同時對整個裝置進行監(jiān)測，履行測量和控制的任務。
3 spwm脈寬調制波的產生
　　倍頻spwm的實現是通過56f801的pwm模塊來完成的。