基于ARM7和DSP的逆变电源设计研究

在电气智能化发展无处不在的今天， 无数用电场合离不开逆变电源系统（ Inverted Pow er Supply System,IPS） 为现场设备提供稳定的高质量电源，特别在如通信机房、服务器工作站、交通枢纽调度中心、医院、电力、工矿企业等对电源保障有苛刻要求的场合。许多IPS产品因遵循传统设计而不符合或落后于现代电源理念，突出表现为控制模块的单一复杂化，控制器芯片落后且控制任务繁重， 模拟闭环控制而得不到理想的监控和反馈调节效果， 并由此带来单个控制设备软硬件设计上的隐患， 这对IPS 电源输出造成不利影响， 甚至对用电设备因为供电故障而导致灾难性后果。数字化控制技术日趋成熟，而且在某些领先理念的电源设备控制应用场合得到应用， 凸显出模块化、数字化控制已成为一种必然的趋势。

本文描述了基于ARM7 Cortex-M3 的单片机STM32F103 和T I C2000 系列DSP 芯片TMS320F2808 联合控制的IPS 核心控制电路， 针对上述产品中的不足而提出了改进。所设计的IPS 核心控制电路通过测试仿真及现场测试结果证明， 这种新型IPS 设计改善了IPS 结构设计， 满足IPS 运作的高要求，而且丰富了远程监控等人机交互接口， 从而也间接多方面节约用户的管理成本。

1 逆变电源整体介绍

为满足电源敏感性设备对逆变电源的要求， 目标IPS 采用本次设计的电路作为核心； 以高速数字信号微处理器（ DSP TMS320F2808） 及外围器件作为信号产生及反馈检测调整模块； 以ARM7 单片机ST M32F103及其外设作为人机交互逻辑控制模块， 两个模块交互协同控制。应用硬件自反馈调节SPWM 波形输出， 采用DSP 数字化算法提供高精度锁相技术。软件编程进行全数字化分任务模块控制， DSP 模块执行IGBT逆变所需的控制波形产生、反馈调节、铅酸蓄电池充电波形产生及调节、自检和自侦测功能，对电路板上所有独立电路连接进行自检和故障分析等功能。而ARM7 模块执行参数设定、运行管理、环境参数监控和人机交互处理等任务。DSP 模块控制力求精准， ARM 模块则具备完善的系统级事件管理功能。如图1 所示， 两个模块在任务上相互独立而又紧密联系，分工协调共同维护IPS 的正常运转。

图1 IPS 逆变原理框图