TMS320F2812高精度宽频率功率信号源的设计方案解析

　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interwetten与威廉的赔率体系 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。