小功率智能化中频逆变电源的研制

摘要：研制一种基于TMS320LF2407A数字信号处理器和PS21964智能功率模块(IPM)的智能化SPWM中频逆变电源控制系统。对中频逆变电源的功率主电路、控制电路以及保护电路等进行了详细阐述。实现了中频逆变电源小型化和高性能的技术要求。
关键词：中频逆变电源；DSP；SPWM；IPM

0 概述
在武器装备电气系统中，400Hz中频逆变电源是其广泛使用的电源之一。在对其综合电气系统中的各电气设备进行性能测试与故障诊断时，需要400Hz中频逆变电源为其提供真实的模拟工作环境，以完成信号的采集与处理，从而判断出系统的工作状态，对所发生的故障进行精确定位。现有的400Hz中频逆变电源因其体积较大，不能满足测试设备小型化的要求，因此，我们研制了一种小功率智能化中频逆变电源，将其放在测试设备内部，减小了测试设备的体积，提高了测试设备的可靠性。

1 系统硬件设计
图1为中频逆变电源硬件原理图。

1．1 整流滤波电路
整流滤波电路是将220V、50Hz交流电通过全桥整流与电容滤波后得到311V直流电供给逆变电路中的IPM模块，为其提供直流母线电压。整流桥选用KBL608全桥整流模块，电容滤波器选用2只450V、470 μF的电解电容并联。
1．2 逆变电路
逆变电路选用三菱公司的PS21964智能功率模块。该模块具有以下特点：1)逆变桥采用第5代平面型IGBT和CSTBT功率芯片，损耗更低；2)采用自举电路结构，可单电源驱动；3)内置专用HVIC，可直接由DSP驱动；4)输入接口电路采用高电平驱动，增强了模块自保护能力；5)具有短路和控制电源欠压保护，6)体积小，只有38×24×3．5mm。
由于电源设计输出为单相交流电，而PS21964模块内部为三相逆变桥，故在电源设计时，选用其中两相(U、V)。PS21964模块既可单电源驱动，又可多电源驱动，设计时采用多电源驱动方式。在电路中，R18为电流检测电阻，实现短路保护；R12、C5为滤波电路；由于PS21964模块的故障输出端为漏极开路型，因此增加了R13上拉电阻。
1．3 中频变压器与中频滤波电路
中频变压器采用R型400Hz铁芯，铜制漆包线绕制，变比为1．05：1。由于系统中的载波频率为12kHz，因此中频滤波器的截止频率选为2kHz，借助中频变压器的漏感，根据计算公式计算可得滤波电容值为20μF，故选用耐压值为600V的CBB电容。
图2中频逆变电源主电路

1．4 电压反馈电路
电压反馈电路是将输出电压调理后反馈给DSP的A／D转换端以实现电压平均值闭环反馈控制。
由于输出电压为115V、400Hz交流电，首先利用变压器将输出电压将变为0～5V的电压信号，经全桥整流、电阻分压后反馈到DSP的ADCIN 01脚。如图3所示。

1．5 DSP控制电路
TMS 3 2 O L F 2 4 O 7 A D S P控制电路主要由TMS320LF2407A芯片子系统和供电电路组成。TMS320LF2407A芯片子系统主要包括时钟、复位、外部存储、JTAG仿真接口等电路，其设计时可参考产品手册推荐电路进行选择。系统设计时，采用EVA事件管理器模块的PWM1～PWM4输出4路PWM波信号。