基于DSP的中频电源的电路（硬件）实现

2.2.2.3 输出滤波电路参数选取

低通滤波电路分为两种，π型和倒L型电路，本系统采取倒L型结构，如图3所示。

由于输出为400 Hz，输出电压为220 V，功率为1 kW，通过谐波分析可以知道，输出电压的谐波分量集中在很高的开关频率附近，因此理论上截止频率可以选得很高，但由于输出电压中也含有低次谐波，所以选取fC=600 Hz。根据输出负载电压为Ur=220 V，

故ZL=Ur

2/P=2202/1 000=48.4Ω。

一般滤波器的标称阻抗R=(0.5～0.8)ZL 这里取R=38Ω。因此

L=R/2仔fC=38/2仔×600=10.1 mH

C=1/2仔fCR=1/2仔×600×38=6.98μF

由于系统为中频400 Hz，所以滤波电感选用中频磁芯，由以上计算可知电感上电压的最大值为400 V，电流峰值取25 A。

为了使逆变器有一个比较大的调整范围，保证输出400 Hz、220 V 的电源，负载阻抗R 实际上是变压器，变压器互感M与电容C 组成400 Hz 并联谐振，这样既起到隔离，又起到进一步减少谐波的作用。

2.3 驱动电路的选择

系统选用IR 公司的IR2132 来驱动MOSFET，该芯片为六输出高压栅极驱动器，28脚双列直插，驱动信号延时为ns级，开关频率可从几十Hz到几百kHz。IR2132具有6路输入信号和6路输出信号，其中6 路输出信号中的3 路具有电平转换功能，可直接驱动高压侧的功率器件。该驱动器可与主电路共地运行，且只需一路控制电源，克服了常规驱动器需要多路隔离电源的缺点，大大简化了硬件设计。驱动电路如图4所示。

2.4 保护电路设计

保护电路主要包括直流输入端防止过压过流保护电路以及MOSFET 过流保护电路。直流输入端保护电路主要包括熔断器、启动电阻和直流电源滤波储能电容器等元件。元件参数的选取计算如下。

1)启动电阻为避免电路中开机的瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型热敏启动电阻。启动电阻的作用是当电路启动运行时，电阻值很大，短时间内的压降很大，使得主电路的电压很低，对电子器件的冲击很小;当电路稳定时，又要求启动电阻的阻值很小，这样电阻上的压降小，也即稳定损耗小。因此，启动电阻一般选取负温度系数电阻，开机时热敏电阻温度低，电阻是5 Ω，这时开关管上的电压是电阻降压后的电压值。稳态运行时，自身温度升高，阻值会下降，这样正常工作时热敏电阻上的损耗会减到最小，保证电源的效率。电阻选取为NTC 5D-25，启动时电阻值为5 Ω，而正常工作时阻值为0.070Ω，符合设计要求。

2)直流端电容在工程上电容的选取有一定的规则，对于用来储能的电容要求不是很高，因此选定了耐压为450 V的铝电解电容。

3)交流输出电压检测电路一方面将电压反馈至DSP 的A/D 输入口以调整逆变器的输出电压，一方面送至保护电路，当输出电压过高时封锁输出电压脉冲，以上保护信号还可转换成对应的电压信号送至IR2132的脚9(Itrip端)，由IR2132的脚8 送出信号，封锁DSP 的PWM 序列输出，达到逆变电路的过压保护。

2.5 反馈检测电路以及A/D转换电路

由于中频电源采取闭环控制策略，因此需要对输出电压和电感电流进行检测，并转换为可供A/D转换的信号，由于输出电压和电流信号为模拟正弦波信号，而TMS320LF 2407 内部A/D转换器，输入信号的范围为0~3.3 V的信号。因此必须采用电压检测及信号调理电路。我们采用LEM公司的LV28-P的闭环(补偿)电压霍尔传感器来检测输出电压，调理后达到A/D的输入范围的要求后送入A/D转换通道ADCIN1中。

电流检测调理电路和电压检测调理电路相似，经过比较调理后送入A/D 转换通道ADCIN2 中。

2.6 TMS320LF2407A DSP芯片及最小控制系统

采用DSP来作为中频电源的控制核心有其独特的优势，和普通单片机相比，例如51系列单片机单指令周期是2μs;80C196KC的运算指令周期是125 ns。

由于速度的限制，运用这些单片机控制的电源很难实现400 Hz正弦波的完美输出。而DSP的运行速度达20 MIPS，几乎所有的指令都可在50 ns的单周期内完成，这就使DSP能提供比传统16位微处理器和微控制器强大得多的功能。16位定点DSP内核有很强的编程能力，能实时处理非常复杂的控制算法，有丰富的指令集、改进的并行结构，支持很高的采样率，减少了循环延时，有强大的外设功能，能降低生产成本，同时使系统具有很强的可编程性，更易于更新和升级。综上所述，将DSP芯片作为整个中频电源系统的核心控制芯片是可行的，具有实际意义的，本系统采用TMS320 LF2407芯片作为核心控制芯片。

TMS320LF2407A是TI 公司推出的高性能16位数字信号处理器，是定点DSP C2000 平台系列中的一员。专门为电机控制与运动控制数字化优化实现而设计，特别适合于三相异步电动机和逆变器的高性能控制。它集C2xx 内核增强型TMS320设计结构及适用于电机控制的低功耗、高性能、优化外围电路于一体，CPU内部采用增强型哈佛结构，四级流水线作业，几乎每条指令可在25 ns(40 MIPS)完成。

以TMS320LF2407A DSP 为控制核心的最小控制系统包括电源系统，晶体振荡电路，RAM 以及JATG调试接口。

3 结语

本文对电源系统的硬件做了详细的介绍，根据要达到的性能要求对系统的参数进行了具体的设计，尤其对于低通滤波器参数进行了详细探讨，然后对电源系统功率器件的驱动和保护，以及对于输出波形的检测进行了硬件设计，最后对DSP最小控制系统各个部件的硬件设计进行了研究。