基于DSP的数字移相器-变压变频器模块的设计与实现
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图5 三相逆变桥
① 功率管IGBT的选取
系统要求直流输入Vdc最大60V，电流最大10A，输出频率最高100Hz，IGBT开关频率最高3.3kHz（载波比N=33）。根据系统要求，本设计选用FairChild公司FGA25N120AND型IGBT，参数为VCES=1200V，IC=20A，trr=235ns。
② 无感阻容吸收RC的选取
RC选取如下：无感电阻R1～R6= 100Ω/5WΩ，无感电容C1～C6=1μF/630V。
③ LC滤波的设计（无源滤波）
逆变输出三相电压Va、Vb、Vc经LC滤波后，以得到平滑的正弦波，分别接三相阻性负载（7Ω），负载连接方式为星形连接。LC原则上只允许基波（中心频率）通过。
本设计要求输出频率为50～100Hz，可计算得LC=1.01×10-5～2.53×10-6。
图6中，滤波LC的值由经验值和实际实验中比较确定，权衡最小值和最大值，最终选取LA～LC=0.98mH，CA～CC=2μF/500V±5%。
图6 LC滤波
本设计中，LC滤波为无源滤波，虽然结构简单，成本低，但是有一个缺点：只能有一个中心频率，当输出频率改变时，中心频率不能跟随变化，使输出波形稍有畸变。若采用有源滤波器，满足不同频率范围的输出，而波形畸变可以减小到最小，但是相应的成本则会增加。
本设计中无源滤波虽然在不同频率时使波形有些畸变，但是可以满足系统输出的要求。
系统控制模块的设计
1 驱动电路的设计
在本设计中Buck电路和三相逆变桥的驱动开关频率分别为10kHz，和3.3 kHz（最大），中小功率IGBT，采用此芯片作为驱动芯片满足系统设计的要求。
① Buck电路驱动的设计
图7为TLP250光耦驱动电路。图中，光耦芯片TLP250供电电压+15V，输出IO=+1.5A，在中功率电路中可以直接驱动IGBT，使用TLP250时应在管脚8和5间连接一个0.1μF的陶瓷电容来稳定高增益线性放大器的工作，提供的旁路作用失效会损坏开关性能，电容和光耦之间的引线长度不应超过1cm。
图7 TLP250驱动IGBT
保护端为过压、过流保护输出端口，一旦过压、过流，保护模块将输出高电平并且保持，禁止TLP250输出脉冲，直到故障解除后复位。
本设计开关频率为10kHz，三极管BD237/238（NPN/PNP），VCBO=100V，集电极峰值电流Icm=6A（tP《5ms），完全可以达到要求。
R3、IGBT的门极之前，加一小电阻（一般为10～20Ω），用以改善IGBT的开关波形，降低高频噪声。DSP的PWM输出经过上述TLP250光耦电路后的波形输出见图8。
图8 Buck单元PWM经过光耦后的波形输出（×10）
可以看出，推挽后的电容C2为加速开通和关断作用；与C3并联稳压二极管产生恒定的5.1V反压，当PWM输出高电平，IGBT的CE两端电压差为8～9V，使IGBT导通；当PWM输出低电平，IGBT的E极的5.1V反压可以保证IGBT可靠关断。
② 三相逆变桥SPWM驱动的设计
TLP250光耦驱动能力比较大（Io=±1.5A）可以直接驱动中功率IGBT，本文已在上节作了详细说明，在此不再赘述，具体驱动电路如图9所示。
图9 TLP250光耦直接驱动IGBT
系统启动后，设置输出调制正弦波频率为50Hz（±0.01Hz），死区时间4.0μs时的SPWM经过74HC244N缓冲驱动后波形如图10所示，死区时间如图11所示，以上桥臂1（PWM1）和下桥臂4（PWM2）为例，上下对称，其中CH1通道观测PWM1，CH2通道观测PWM2。
图10 EVA事件管理器输出的SPWM波经过光耦驱动后的SPWM波形
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