Principio del modulador de ancho de pulso PWM
1) Control flexible En los sistemas de control digital, los algoritmos de software se utilizan principalmente para implementar esquemas de control, que son más flexibles que el control analógico;
2 ) Los sistemas de microcomputadoras con alta confiabilidad utilizan menos componentes y todas las señales se procesan digitalmente, con menos interferencia y alta confiabilidad
3) El análisis de fallas puede almacenar fácilmente la información obtenida de la detección de señales y tiene capacidad de memoria; , por lo que el diagnóstico de fallas es fácil de implementar;
4) La configuración de parámetros simples puede hacer que la depuración del sistema sea muy conveniente.
Con base en las consideraciones anteriores, este artículo utiliza un sistema de control digital con DSP como núcleo para controlar el rectificador.
2 Características principales del TMS320F240
TMS320F240 es un DSP especialmente diseñado para el control de motores. Por lo tanto, no solo tiene la potencia de procesamiento de 20MIPS y la función de computación de alta velocidad de un procesador de señal digital ordinario, sino que también integra una gran cantidad de módulos de funciones periféricas: convertidores A/D duales de 10 bits, 28 multiplexaciones I/D programables independientes. O pin, módulo de reloj con bucle de bloqueo de fase, módulo de temporizador de vigilancia con interrupción, etc. En particular, el chip F240 está equipado con un administrador de eventos, que puede proporcionar 12 canales de comparación/PWM, tres unidades de comparación completas con función de zona muerta, tres unidades de comparación únicas, tres temporizadores de uso general de 16 bits, etc. Este dispositivo periférico simplifica enormemente el software de control y el hardware externo que genera formas de onda PWM de modulación de ancho de pulso síncrono. Puede generar las ondas PWM requeridas casi sin intervención de la CPU, por lo que es particularmente adecuado para controlar múltiples salidas PWM.
Circuito principal y esquema de control del rectificador 3PWM
El circuito principal de este artículo adopta una estructura de puente completo monofásico, como se muestra en la Figura 1.
En la figura, uN(t) es el voltaje de onda sinusoidal de la red de entrada, Ud es el voltaje de CC constante de salida, us(t) es el voltaje de entrada del rectificador PWM, la onda de pulso bajo control PWM , iN (t) Introduzca la corriente del rectificador PWM a la red eléctrica, S1 ~ S4 son tubos de conmutación y D1 ~ D4 son diodos rectificadores. Mediante el control PWM apropiado de los cuatro interruptores, por un lado, el voltaje de salida Ud se puede mantener constante, por otro lado, la corriente de entrada iN(t) está en fase con el voltaje de red uN(t), y la forma de onda de la corriente iN(t) está cerca de una onda sinusoidal. El método de control utilizado en este artículo es el control de seguimiento actual y el diagrama de bloques de control se muestra en la Figura 2.
El principio de control específico se describe brevemente de la siguiente manera: la desviación entre el valor de muestreo del voltaje de salida (ud) y el voltaje de referencia dado (UD *) se envía al regulador PI y se utiliza el valor obtenido. como la amplitud de la señal de corriente de referencia, multiplicada por la señal sinusoidal de referencia [SIN(ωT)] en fase con el voltaje de la fuente de alimentación, y luego utilizada como el valor de la corriente de referencia. El valor de muestreo de la corriente de entrada se obtiene del circuito inductor y su señal de error actual se envía al regulador proporcional. El valor de salida se compara con la onda portadora triangular después de agregar la señal de compensación de voltaje de entrada [ut (t)], y la onda de modulación generada sirve como señal de activación del tubo de conmutación. De esta manera, la salida del amplificador de error de corriente controla directamente el ciclo de trabajo del modulador PWM, forzando que la corriente de entrada real se acerque al valor de corriente de referencia. Este método de control tiene las ventajas de una frecuencia de conmutación fija, bajo ruido, baja pérdida de conmutación y buen rendimiento dinámico del sistema.
Diseño de hardware del sistema de control
Para el esquema de control anterior, este artículo diseña un sistema de control digital con TMS320F240 como núcleo. El diagrama de bloques de hardware se muestra en la Figura 3. Como puede verse en la figura, el sistema de control incluye principalmente las siguientes partes: CPU y sus circuitos periféricos, circuitos de acondicionamiento y detección de señales, circuitos de accionamiento y circuitos de protección. Entre ellos, la unidad de detección y acondicionamiento de señales completa principalmente funciones como aislamiento eléctrico fuerte y débil, conversión de nivel, amplificación de señal y filtrado para cumplir con los requisitos del sistema de control DSP para el rango de nivel de señal y la calidad de la señal.
El circuito de la unidad de detección y acondicionamiento de corriente se muestra en la Figura 4.
Después de que la señal de corriente emitida por el sensor de corriente se convierte en una señal de voltaje a través de la resistencia de medición RM, la ganancia del amplificador compuesto por el amplificador operacional U8 se determina junto con el valor de RM, de modo que la señal bipolar de salida caiga exactamente dentro del rango de 5 V. El amplificador operacional U9 constituye una etapa de conversión de polaridad de nivel, que convierte señales bipolares en señales unipolares en proporción. La conversión DSPA/D requiere una señal unipolar de 0 ~ +5 V, y la fuente de alimentación de +5 V es proporcionada por una fuente de alimentación de referencia compuesta por LM336. Un filtro de paso bajo simple compuesto por RC filtra el subarmónico de frecuencia de conmutación de la corriente de entrada de CA, y los dos diodos son diodos de sujeción.
La unidad de acondicionamiento y detección de voltaje de salida de CC es el sensor frontal del circuito cerrado de voltaje del lado de CC y su propósito es medir el voltaje del capacitor del lado de CC. Debido a que el voltaje del capacitor contiene una cierta ondulación, es necesario introducir un enlace de filtrado. El principio del circuito se muestra en la Figura 5.
Como señal de sincronización, la señal de voltaje de entrada de CA a menudo no es una onda sinusoidal pura, por lo que debe filtrarse para detectar con precisión la fase del voltaje de entrada de la red. El filtro consta de dos partes: filtro de paso bajo y filtro de paso alto. El amplificador operacional U11A y la red periférica de resistencias y condensadores forman un filtro de paso bajo de segundo orden. El filtro de paso bajo puede filtrar los armónicos de alto orden en la señal de entrada de la red eléctrica y mejorar la forma de onda, pero la fase se retrasa, por lo que se introduce un filtro de paso alto para compensar. U11B y su red periférica de resistencia-condensador forman un filtro de paso alto de segundo orden. Se puede ver en el circuito que la topología de los filtros de paso alto y de paso bajo es exactamente la misma, con resistencias y condensadores distribuidos simétricamente. Siempre que los parámetros se seleccionen correctamente, la fase principal del filtro de paso alto puede compensar exactamente la fase de retraso del filtro de paso bajo. Como resultado, después de dos filtrados, no solo se filtran los armónicos, sino que la forma de onda es casi sinusoidal y no hay cambio de fase. Después del filtrado, se obtiene una señal de onda cuadrada que está completamente sincronizada con la señal de entrada de la red a través de un circuito de contraste de cruce por cero. El circuito se muestra en la Figura 6.
Además, el valor de voltaje de entrada no es un valor de voltaje instantáneo, sino un valor efectivo, por lo que el circuito rectificador de precisión que se muestra en la Figura 7 se utiliza para convertir la señal de voltaje filtrada en el valor de CC correspondiente.
La CPU y sus circuitos periféricos incluyen principalmente circuitos de reloj, circuitos de reinicio, etc. Además, para facilitar la depuración, este sistema también amplía un chip RAM de 16 bits como memoria de programa. El circuito de conducción desempeña un papel en la mejora de la capacidad de conducción de impulsos y el aislamiento. El circuito lógico de protección garantiza que el sistema pueda bloquear directamente la señal de pulso de salida del hardware cuando ocurre una falla.