基于DSP28335的三相逆變器設計

宋宏彪 周艷 唐騰 鄧澤平

摘要：三相逆變電源在工業領域、電力電子領域和日常生活中都有著廣泛的應用，研究三相逆變器有利于我們更好的利用電能。本論文研究的就是基于DSP28335的三相逆變器設計，將直流600V轉換為交流380V，通過設計逆變電路、濾波電路、采集電路、驅動電路來共同實現的。本次設計的硬件設備主要有功率開關器件MOSFET管、DSP28335開發板、驅動芯片TLP250等等，軟件設計主要包括兩個方面一是利用DSP28335開發板編寫程序使其發出PWM信號來控制功率開關管的關斷：另一方面是利用DSP28335的ADC模數轉換模塊編寫程序將交流電轉換成直流電供DSP28335開發板工作，最后在選擇基于SPWM的脈沖寬度調制方式，試驗結果表明，設計的控制器可以實現三相逆變功能。

關鍵詞：DSP28335;三相逆變;SPWM;脈沖寬度調制

1 引言

逆變能源技術的持續發展和其應用將越來越重要。21世紀是我國實現人類新能源開發、資源的綜合利用與對生態環境的綜合保護相有機結合協調實現可持續發展的重要歷史關鍵世紀，能源的綜合利用結構優化與清潔可再生能源的再利用與開發，是我國實現人類新能源的綜合利用清潔資源的重要組成部分[1-3]。同時當今世界主要化石生物燃料將逐漸被人類完全廢棄和大量耗盡，氫氣等可再生能源與其他可再生利用能源將逐步地完全取代了傳統的太陽能和化石生物燃料而逐步發展成為當今人類的生活中可使用的一種主體可再生能源，這種主體能源的發展變遷將極大地使得新能源發電的方式發生一次大的變革，使用高效的氫再生能源和使用可再生能源的高效低污染的化石燃料和動力電池發電的方式，將逐步發展成為人類主體能源發電的方式。

2 三相逆變器的硬件設計

基于DSP28335的三相逆變電源的總體設計原理：輸入的直流電通過逆變電路逆變成交流電輸出，然后通過濾波電路去除高次諧波輸入給電壓電流采樣電路，電壓電流采樣電路將采集到的高電壓和大電流轉換成DSP主芯片能夠進行處理低電壓和小電流，而單相逆變電路的關斷又是靠DSP主控電路發出的SPWM脈沖來進行控制的，但是由于DSP主控電路發出的SPWM脈沖信號太小不足以驅動單相逆變電路的功率開關管，所以本次設計還設計了驅動電路，來驅動三相逆變電路。

本次逆變電源設計的主控電路是由DSP28335的最小系統其組成的，其包括以下4個方面：

（1）電源電路

由于DSP2835中的內核電壓為1.9V和3.3V所以必須通過其外圍電源模塊中的電壓轉換芯片TD6821將高電壓轉換過來。

（2）復位電路

當我們的系統處于死機或者癱瘓情況時，我們可以通過按下復位鍵使得我們的程序重新運行，由于DSP28335的復位芯片是低電平有效，所以其復位鍵RST1一端連著地，一端直接連接復位管腳，所以當我們按下復位鍵時復位芯片就直接接入低電平，將我們的系統復位，同樣的我們開機時也會自動復位，由于RC電路的存在。

（3）時鐘電路

時鐘電路是DSP28335工作的基礎，而本次設計的時鐘電路是采用的是內置振蕩器時的接法，只要在X1與X2時鐘芯片引腳之間接一個晶振就可以構成時鐘電路。

（4）下載電路

下載電路就是通過DSP28335中的JTAG模塊來進行運行的，因為我們所開發DSP的仿真器都是JTAG的標準接口，通過JTAG接口進行程序的燒入和調試，為工程的開發提供方便。

此外，采集電路的對電源的輸出品質非常重要，同樣也影響著輸出電壓的精確度，所以在本次設計中分別設計了電壓采集電路和電流采集電路，把采集到的電壓和電流傳送給DSP28335芯片進行數據的分析和處理。

（1）電壓采集電路

電壓采集一般情況下有三種方法分別是霍爾傳感器檢測法、電阻分壓檢測法和電壓互感器檢測法，出于對成本等因數的考慮，本次設計采用的是電壓互感器檢測法。

（2）電流采集電路

電流的采集電路和電壓采集電路一樣也分為三種，同樣出于綜合因素考慮本次電流采樣電路采用的也是電流互感器檢測法。

因為DSP28335芯片所產生的PWM信號電壓不足以控制逆變電路的功率開關管的關斷，所以我們必須要設計一個電壓驅動電路來放大DSP28335產生的PWM信號。

目前市場上有很多成熟的驅動芯片，例如TLP250、TLP108、IR2110、IR2304等等一系列驅動芯片，在本次的逆變設計中出于對DSP主芯片的保護采用的是TLP250光耦驅動芯片，TLP250光耦驅動芯片結構簡單，穩定性好。TLP250芯片具有8腳直插封裝，工作電壓足夠大，輸出電流最高可以大于1.0A，而且它的最小隔離電壓可以大于1000V，對輸入和輸出都可以進行有效的隔離。

TLP250芯片是利用15V的電源電壓來進行供電的，DSP28335在產生PWM信號后，通過電阻R1連接引腳2上面，其二極管剛接受時的電流只有幾毫安，但是經過其內部的電流放大電路和互補電路，使得輸出的電流最可以到達1.5A，通過引腳6和引腳7間的限流電阻把電流傳送給功率開關管的柵極，同時可以減少電阻R2來增大輸出電流提高開關的開斷速度，同理也可以合理選擇電阻R3的阻值來提高開關的開斷速度。

因為本次輸出的電壓波形為等幅不等寬的高頻脈沖波，這種波形不僅包含基波而且還包括高次諧波，所以要在電壓的輸出端設計濾波電路來消除高次諧波，得到基波，基于前人經驗本次設計采用的是LC低通濾波電路來進行濾波。

在實際電路應用中根據輸出的電流電壓選擇合適的電感與電容就可以快速而高效的濾波。

3 軟件設計

軟件的設計關鍵在于SPWM功能的實現，本次設計中的三相SPWM脈寬調制信號的產生是由ePWM外設模塊中的四大基本子模塊時TB、CC、AQ和DB共同來完成的。SPWM采用查表的方式，表格實際為類似一個正弦波信號的比例值，當程序運行時，按正弦波的比例依次取出表格中的值，送入ePWM中，產生按脈沖時間面積與正弦波等效的等幅窄脈沖信號驅動功率電路，輸出高壓等幅脈沖信號。

4 總結

本文設計研制了一款基于DSP28335的三相逆變器，采用SPWM控制策略，試驗結果表明，逆變器輸出波形接近三相正弦波，三相波形錯相120度，可以滿足負載的需要。試驗結果與預期相符，對于工程實踐具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]劉華亮，李建英，覃杭湖，周青山.三相SPWM逆變器的研究與設計[J]. 電子世界. 2020，（07）：201-203。

[2]聶俊飛，羅婷，鄒陸華，黃強.基于STM32的SPWM三相逆變系統設計[J]. 邵陽學院學報（自然科學版）. 2019，16（02）：15-21.

[3]Hamadullah.基于DSP的三相逆變器研究[D]. 長春工業大學，2018.

作者簡介：宋宏彪，男，漢，湖南懷化，1986.11，碩士，工程師，懷化學院，湖南省懷化市，研究方向：現代電力電子技術及系統。

資助項目：基于新型電力電子器件的光伏并網逆變器研究，2020，省教育廳科研項目，項目編號：20C1492。