基于DSP的高頻通信電源運行控制方法

李 麗，胡艷君，張 磊，葉 鴿

（1.長春工業(yè)大學 人文信息學院，吉林 長春 130000；2.大陸汽車電子（長春）有限公司 連云港分公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

高頻通信電源主要由整流器、蓄電池以及直流配電屏等組成，其中核心硬件設備為整流器，屬于一種整流裝置。目前，現(xiàn)有控制方法雖然能夠基本滿足高頻通信電源運行的控制需求，但是隨著高頻通信技術的快速發(fā)展，對高頻通信電源運行控制要求逐漸提高，既要保證不間斷供電，還要保證電源回歸穩(wěn)態(tài)時間短暫[1,2]。現(xiàn)有控制方法在實際應用中無法滿足控制要求，高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時間較長，為此提出了基于DSP的高頻通信電源運行控制方法研究。

1 DSP在高頻通信電源運行控制中的應用優(yōu)勢

在高頻通信電源運行控制中應用DSP主要優(yōu)點包括以下幾點。首先，DSP的應用可以實現(xiàn)高頻通信電源運行智能控制，使高頻通信電源的智能化和數(shù)字化程度更高，電源的供電性能更加穩(wěn)定和安全[2]。當在高頻開關工作狀態(tài)下，模擬控制和模數(shù)混合控制兩種方式都難以達到良好的控制效果，而數(shù)字信號處理器的應用可以從根本上減少高頻通信電源運行回歸穩(wěn)態(tài)時間，進而提高高頻通信電源的性能指標[3]。其次，DSP的應用可以使高頻通信電源運行控制更加靈活，在控制過程中不需要改變硬件電路，一旦發(fā)現(xiàn)電源運行出現(xiàn)錯誤或者不穩(wěn)定，只需要通過控制程序執(zhí)行高頻通信電源運行控制指令[4]。最后，可以提高電源控制的可靠性。由于數(shù)字信號處理器具有高可靠性、高穩(wěn)定性以及高精度等優(yōu)點，數(shù)字信號處理器在信號處理速度上也有所增強，從根本上解決了高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)比較緩慢的問題，在高頻通信電源運行控制中具有良好的應用前景[5]。

2 高頻通信電源運行控制方法

2.1 基于DSP的高頻通信電源運行拓撲矢量變換處理

為了保證高頻通信電源運行穩(wěn)定性，利用DSP對高頻通信電源拓撲矢量進行處理轉換，設計一個電源拓撲信號處理轉換程序，控制高頻通信電源拓撲矢量合理分配。此次選取MTS361F145型號DSP，將其安裝在高頻通信電源拓撲結構上，對每一個輸入到電源拓撲結構上的矢量參數(shù)進行計算分析，其計算過程如下。在DSP信號處理單元中將高頻通信電源每個扇區(qū)再分成8個子扇區(qū)，利用方程組對高頻通信電源拓撲矢量進行描述，其方程組如下所示：

式中，T1和T2分別是高頻通信電源網絡拓撲結構扇區(qū)內每個小扇區(qū)臨近的兩個矢量L1和L2的作用時間；T3為零矢量的作用時間；T*為所有拓撲矢量作用時間總和。利用DSP計算出高頻通信電源拓撲矢量作用時間，DSP信號處理單元根據(jù)矢量的電平值來合理轉換矢量作用的時間，即可使拓撲矢量能夠均衡的落在高頻通信電源拓撲結構上。

2.3 高頻通信電源輸出電容中點平衡控制

設計高頻通信電源輸出電容中點平衡控制方程組，如下所示：

式中，r表示電源輸出電容中點控制環(huán)輸出矢量時間；TA表示電源A相載波矢量作用時間；TB表示電源B相載波矢量作用時間；TC表示電源C相載波矢量作用時間。以此通過閉環(huán)控制達到對高頻通信電源輸出電容中點的平衡控制，使整個高頻通信電源運行穩(wěn)定，以此完成基于DSP的高頻通信電源運行控制。

3 實驗論證分析

3.1 實驗設計

將某高頻通信電源作為實驗對象，該高頻通信電源直流母線電壓為220 V，三相平衡阻感負載電感為45 mH，三相平衡阻感負載電阻為20 Ω，三相平衡阻感負載分壓電容值為1 200 uF，高頻通信電源基波頻率為100 Hz。利用基于DSP的高頻通信電源運行控制方法與傳統(tǒng)控制方法對該電源進行控制，設置實驗參數(shù)如下，相電壓有效值為220 V，網側電感為15 mH，直流側電容為5 000 uF，負載電阻為50 Ω，直流母線電壓指令值為850 V。

在實驗時間為0.8 s時，令高頻通信電源運行中的負載由5 Ω突變?yōu)?0 Ω，在實驗時間為0.25 s時，令高頻通信電源運行中的負載由20 Ω突變?yōu)?0 Ω，在實驗時間為0.65 s時，令高頻通信電源運行中的負載由80 Ω突變?yōu)?50 Ω，在實驗時間為1.75 s時，令高頻通信電源運行中的負載由150 Ω突變?yōu)?40 Ω，在實驗時間為2.65 s時，令高頻通信電源運行中的負載由240 Ω突變?yōu)?80 Ω，在實驗時間為3.45 s時，令高頻通信電源運行中的負載由180 Ω突變?yōu)?0 Ω。實驗中記錄兩種控制方法控制數(shù)據(jù)，并詳細記錄高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時間，將其作為實驗結果，對比控制方法進行對比分析。

3.2 實驗結果分析

實驗以在應用兩種控制方法下高頻通信電源運行回歸穩(wěn)態(tài)時間長短作為實驗結果，將設計方法用方法1表示，將傳統(tǒng)方法用方法2表示，實驗結果如下表所示。

表1 兩種方法高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時間對比

從表1可以看出，當高頻通信電源運行過程中發(fā)生負載電壓突變時，應用此次設計方法高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時間遠遠短于傳統(tǒng)方法，可以使高頻通信電源快速回歸穩(wěn)態(tài)，證明了此次設計方法可以滿足高頻通信電源運行控制需求。

4 結 論

本文針對傳統(tǒng)控制方法存在的缺點，利用DSP設計了一套高頻通信電源運行控制方法，該方法實現(xiàn)電源運行控制主要分為兩部分，一是在DSP中設計一套處理程序，利用DSP對高頻通信電源運行拓撲矢量進行處理變換，將電源運行過程中拓撲矢量均衡落在電源的拓撲結構上，避免出現(xiàn)拓撲矢量擁擠而導致高頻通信電源運行失穩(wěn)，二是對高頻通信電源輸出電容中點平衡進行控制，通過對高頻通信電源運行的全面控制，使高頻通信電源可以穩(wěn)定運行。此次研究有效解決了高頻通信電源運行控制中電源回歸穩(wěn)點時間較長的問題，對保障高頻通信電源穩(wěn)定運行，提高高頻通信電源供電性能具有良好的現(xiàn)實意義，此外DSP的應用還可以使高頻通信電源運行實現(xiàn)全數(shù)字化控制。