2 控制芯片TMS320LF2407A

　　TMS320LF2407A是TI公司設(shè)計的一種數(shù)字信號處理器，具有接口方便、編程簡單、穩(wěn)定性好、精度高、方便以及可重復(fù)性等優(yōu)點。TMS320LF2407A部分功能如下：

　　① 工作電壓3.3 V，有4種低功耗工作方式。電路設(shè)計時需考慮電平轉(zhuǎn)換，不要超過DSP的工作電壓。

　　② 單指令周期短為25 ns（40 MHz），高運算速度可達40MIPS，四級指令執(zhí)行流水線。低功耗，有利于電池供電的場合;而高速度非常適用于電動機的實時控制。

　�、� 擁有2個專用于電動機控制的事件管理器（EV），每一個都包含：2個16位通用定時器，8個16位脈寬調(diào)制（PWM）輸出通道，1個能夠快速封鎖輸出的外部引腳/PDPINTx（其狀態(tài)可從COMCONx寄存器獲得），可防止上下橋臂直通的可編程死區(qū)功能，3個捕捉單元，1個增量式光電位置編碼器接口。

　�、� 16通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，具有可編程自動排序功能，4個啟動A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源，快A/D轉(zhuǎn)換時間為375 ns。

　　⑤ 控制器局域網(wǎng)（CAN）2.0B模塊。

　�、� 串行接口SPI和SCI模塊。

　�、� 基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器（PLL）。

　�、� 41個通用I/O引腳。

　　⑨ 32位累加器和32位中央算術(shù)邏輯單元（CALU）;16位×16位并行乘法器，可實現(xiàn)單指令周期的乘法運算;5個外部中斷。

　�、� 1149.11990 IEEE標準的JTAG仿真接口。

　　很寬的工作溫度范圍，普通級為-40～85 ℃，特殊級為-40～125 ℃。

　　3 系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)

　　圖3為變換器硬件結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式，將變換器兩側(cè)的電壓、電流經(jīng)霍爾檢測電路檢測并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號進行濾波，所得的反饋信號一方面送入DSP片內(nèi)進行A/D轉(zhuǎn)換后進行閉環(huán)控制運算，功率電感同時送到故障保護電路。本系統(tǒng)電壓環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器。數(shù)字PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值和反饋信號值進行偏差調(diào)節(jié)，其輸出結(jié)果決定了超前、滯后臂之間PWM驅(qū)動波形移相角的大小，從而使控制量跟蹤給定量;DSP發(fā)出的驅(qū)動信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路進行電平轉(zhuǎn)換后，送到驅(qū)動芯片M57962L形成終的IGBT驅(qū)動信號。故障保護電路則對電流、電壓反饋信號進行判斷、處理，在故障發(fā)生時給出故障信號并從軟件上置 PWM為無效方式，硬件上立即封鎖IGBT驅(qū)動，對系統(tǒng)進行保護。數(shù)碼管顯示電路由帶SPI接口的MAX7219和多位數(shù)碼管組成。MAX7219適合標準的SPI通信方式，同時還具有譯碼、驅(qū)動及數(shù)據(jù)鎖存功能。每片MAX7219能以掃描方式對4位數(shù)碼管進行智能化管理，大大降低了微處理器用于實時顯示的時間。

　　圖3 變換器硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　3.1 基于DSP的直接移相脈沖生成方法

　　移相是滯后臂驅(qū)動相對于超前臂驅(qū)動之間的一個周期性延時，其延時角即為移相角。設(shè)PWM1/PWM2驅(qū)動超前臂開關(guān)管，PWM3/PWM4驅(qū)動滯后臂開關(guān)管，每個橋臂上下兩管之間的驅(qū)動互補且?guī)绤^(qū)。在實現(xiàn)中

　　圖4 基于DSP的直接移相脈沖生成方法

　　可以固定超前臂的驅(qū)動在每一周期的T0時刻發(fā)出，那么只要延遲移相角Φ對應(yīng)的時間再發(fā)生全比較事件則可以得到滯后臂的驅(qū)動，可以實現(xiàn)0°～180°范圍內(nèi)的自由移相。由圖4可見，定時器T1的計數(shù)方式為連續(xù)增減模式，在計數(shù)器T1CNT=0和T1CNT=T1PR時分別更新CMPR1和CMPR2的值，這一過程可以分別在T1的下溢中斷和周期中斷中完成。設(shè)移相角Φ對應(yīng)的延遲時間為Td，顯然在0～T/2、T/2～T時間段內(nèi)，CMPR1、CMPR2值的關(guān)系可分別表示如下：

　　這種脈沖生成方法只需用到DSP的PWM1～PWM4的4個口，而且可以利用死區(qū)設(shè)置寄存器可編程地直接設(shè)置死區(qū)，因此非常靈活方便，簡單可靠。

　　3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件主要有主程序和中斷服務(wù)程序兩大部分。主程序主要是完成系統(tǒng)初始化、開關(guān)機檢測、開關(guān)機初始化，然后進入主程序循環(huán)等待中斷，圖5為主程序流程。中斷服務(wù)程序包括周期中斷程序、下溢中斷程序等。在周期中斷程序中完成讀取電壓采樣值、數(shù)字濾波、實施控制算法、啟動電流A/D轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)器運算程序等工作。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則外部硬件產(chǎn)生信號去封鎖脈沖放大和整形電路，同時產(chǎn)生信號送DSP，產(chǎn)生中斷封鎖脈沖輸出。為了達到更好的控制效果，調(diào)節(jié)器采用變參數(shù)數(shù)字PI算法，其控制思想是按照電壓誤差e（k）的正、負及上升、下降趨勢，將反饋電壓一個周期的波動分為6個區(qū)間，在不同的區(qū)間調(diào)用不同的 PI參數(shù)，從而實現(xiàn)佳PI 調(diào)節(jié)，其數(shù)學(xué)表達式為：

　　其程序流程如圖6所示。

　　圖5 主程序流程 圖6 變參數(shù)PI算法流程