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TMS320F2812高精度宽频率功率信号源的设计方案解析
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2017-10-27
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本文介绍应用于仪器和设备测试的高精度宽频率功率信号源的设计。传统的功率信号源一般采用线性电源或模拟控制的功率开关变换电源。随着高性能DSP控制器的出现，使采用数字化控制的功率开关变换电源作为功率信号源成为可能，这有利于提高系统的集成化水平和控制功能。本文介绍的功率信号源采用工作频率为150MHz的DSP TMS320F2812控制。并且采用DC/DC和DC/AC两级联合调节实现。
1 系统的整体结构
本文介绍的功率信号源可提供输出电压从2～100V可变，频牢从20～l000Hz可变，并且可以在50Hz基频的情况下叠加基波幅值0～30％的直流分量与2～9次的各次谐波分量。输出电压幅值最小可调步长和分辨率为O．1V，输出电压频率最小可调步长和分辨率在20～100Hz时为O．1 Hz，在100～l 000Hz时，为1Hz。在额定工作条件下，在2～100V范围内，应能连续输出0．5A的电流，即最大输出50VA的功率。
为了满足系统的高精度及输出电压和频率均可变的要求，系统框图如图l所示，整个系统由AC／DC、DC／DC和DC／AC三部分组成。由于对输出功率的要求比较小，所以采用了反激式直流变换电路。DC/AC级采用全桥逆变电路。整个系统的控制是基于TT公司的DSP TMS320F2812。DC／DC环节采用INFINEON公司的ICES2AS01控制，其给定信号Vnf由DSP根据控制要求产生，从而获得可调的直流电压Vdc。CC/AC环节由DSP直接进行PWM控制，从而产生所需的功率信号波形。
DSP TMS320F2812的几个特点：
（1）速度方面 TMS320F2812最高工作频率为150MHz（30MHz的品振经过倍频而得到）；
（2）AD精度 TMS320F2812的AD采样精度可以达到12位：
（3）运算方面 TMS320C2812是32位的定点DSP，可以方便地运行32位与32位的乘法，能满足高精度与快速计算的要求。
2 控制方案及参数设计
2．1 逆变器建模与控制方案设计
单相全桥逆变器及其双环控制的结构框图如图2所不，Vdc为输入直流电压，S1～S4是功率MOSFET管．L为输出滤波电感，C为输出滤波电容。其控制环节采用电压外环电流内环的双环PID控制。采用输出电压与给定电压进行比较得到误差电压，误差电压经过PI环后成为电流环的给定，与电流采样值再进行比较．再经过P环节，蛀后由DSP的PWM环节产生控制信号。由于电感电流等于电容电流和负载电流之和，其中电容电流为输出电压的微分，对电感电流进行控制相当于使系统能超前对输出电压进行控制，因此能得到更好的动态性能。另外电感电流包含了负载电流，所以又可以对负载起到限流作用。
逆变器输出电压的采样为差分采样模式，电感电流采样采用电流霍尔器件。
1 系统的整体结构
本文介绍的功率信号源可提供输出电压从2～100V可变，频牢从20～l000Hz可变，并且可以在50Hz基频的情况下叠加基波幅值0～30％的直流分量与2～9次的各次谐波分量。输出电压幅值最小可调步长和分辨率为O．1V，输出电压频率最小可调步长和分辨率在20～100Hz时为O．1 Hz，在100～l 000Hz时，为1Hz。在额定工作条件下，在2～100V范围内，应能连续输出0．5A的电流，即最大输出50VA的功率。
为了满足系统的高精度及输出电压和频率均可变的要求，系统框图如图l所示，整个系统由AC／DC、DC／DC和DC／AC三部分组成。由于对输出功率的要求比较小，所以采用了反激式直流变换电路。DC/AC级采用全桥逆变电路。整个系统的控制是基于TT公司的DSP TMS320F2812。DC／DC环节采用INFINEON公司的ICES2AS01控制，其给定信号Vnf由DSP根据控制要求产生，从而获得可调的直流电压Vdc。CC/AC环节由DSP直接进行PWM控制，从而产生所需的功率信号波形。
DSP TMS320F2812的几个特点：
（1）速度方面 TMS320F2812最高工作频率为150MHz（30MHz的品振经过倍频而得到）；
（2）AD精度 TMS320F2812的AD采样精度可以达到12位：
（3）运算方面 TMS320C2812是32位的定点DSP，可以方便地运行32位与32位的乘法，能满足高精度与快速计算的要求。
2 控制方案及参数设计
2．1 逆变器建模与控制方案设计
单相全桥逆变器及其双环控制的结构框图如图2所不，Vdc为输入直流电压，S1～S4是功率MOSFET管．L为输出滤波电感，C为输出滤波电容。其控制环节采用电压外环电流内环的双环PID控制。采用输出电压与给定电压进行比较得到误差电压，误差电压经过PI环后成为电流环的给定，与电流采样值再进行比较．再经过P环节，蛀后由DSP的PWM环节产生控制信号。由于电感电流等于电容电流和负载电流之和，其中电容电流为输出电压的微分，对电感电流进行控制相当于使系统能超前对输出电压进行控制，因此能得到更好的动态性能。另外电感电流包含了负载电流，所以又可以对负载起到限流作用。
逆变器输出电压的采样为差分采样模式，电感电流采样采用电流霍尔器件。
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