2 控制芯片TMS320LF2407A

　　TMS320LF2407A是TI公司设计的一种数字信号处理器，具有接口方便、编程简单、稳定性好、精度高、方便以及可重复性等优点。TMS320LF2407A部分功能如下：

　　① 工作电压3.3 V，有4种低功耗工作方式。电路设计时需考虑电平转换，不要超过DSP的工作电压。

　　② 单指令周期短为25 ns（40 MHz），高运算速度可达40MIPS，四级指令执行流水线。低功耗，有利于电池供电的场合;而高速度非常适用于电动机的实时控制。

　　③ 拥有2个专用于电动机控制的事件管理器（EV），每一个都包含：2个16位通用定时器，8个16位脉宽调制（PWM）输出通道，1个能够快速封锁输出的外部引脚/PDPINTx（其状态可从COMCONx寄存器获得），可防止上下桥臂直通的可编程死区功能，3个捕捉单元，1个增量式光电位置编码器接口。

　　④ 16通道10位A/D转换器，具有可编程自动排序功能，4个启动A/D转换的触发源，快A/D转换时间为375 ns。

　　⑤ 控制器局域网（CAN）2.0B模块。

　　⑥ 串行接口SPI和SCI模块。

　　⑦ 基于锁相环的时钟发生器（PLL）。

　　⑧ 41个通用I/O引脚。

　　⑨ 32位累加器和32位中央算术逻辑单元（CALU）;16位×16位并行乘法器，可实现单指令周期的乘法运算;5个外部中断。

　　⑩ 1149.11990 IEEE标准的JTAG仿真接口。

　　很宽的工作温度范围，普通级为-40～85 ℃，特殊级为-40～125 ℃。

　　3 系统的数字实现

　　图3为变换器硬件结构框图。由图可见，系统采用闭环控制方式，将变换器两侧的电压、电流经霍尔检测电路检测并转换成相应的电压信号进行滤波，所得的反馈信号一方面送入DSP片内进行A/D转换后进行闭环控制运算，功率电感同时送到故障保护电路。本系统电压环采用PI调节器。数字PI调节器根据给定值和反馈信号值进行偏差调节，其输出结果决定了超前、滞后臂之间PWM驱动波形移相角的大小，从而使控制量跟踪给定量;DSP发出的驱动信号经电平转换电路进行电平转换后，送到驱动芯片M57962L形成终的IGBT驱动信号。故障保护电路则对电流、电压反馈信号进行判断、处理，在故障发生时给出故障信号并从软件上置 PWM为无效方式，硬件上立即封锁IGBT驱动，对系统进行保护。数码管显示电路由带SPI接口的MAX7219和多位数码管组成。MAX7219适合标准的SPI通信方式，同时还具有译码、驱动及数据锁存功能。每片MAX7219能以扫描方式对4位数码管进行智能化管理，大大降低了微处理器用于实时显示的时间。

　　图3 变换器硬件结构框图

　　3.1 基于DSP的直接移相脉冲生成方法

　　移相是滞后臂驱动相对于超前臂驱动之间的一个周期性延时，其延时角即为移相角。设PWM1/PWM2驱动超前臂开关管，PWM3/PWM4驱动滞后臂开关管，每个桥臂上下两管之间的驱动互补且带死区。在实现中

　　图4 基于DSP的直接移相脉冲生成方法

　　可以固定超前臂的驱动在每一周期的T0时刻发出，那么只要延迟移相角Φ对应的时间再发生全比较事件则可以得到滞后臂的驱动，可以实现0°～180°范围内的自由移相。由图4可见，定时器T1的计数方式为连续增减模式，在计数器T1CNT=0和T1CNT=T1PR时分别更新CMPR1和CMPR2的值，这一过程可以分别在T1的下溢中断和周期中断中完成。设移相角Φ对应的延迟时间为Td，显然在0～T/2、T/2～T时间段内，CMPR1、CMPR2值的关系可分别表示如下：

　　这种脉冲生成方法只需用到DSP的PWM1～PWM4的4个口，而且可以利用死区设置寄存器可编程地直接设置死区，因此非常灵活方便，简单可靠。

　　3.2 系统软件设计

　　系统软件主要有主程序和中断服务程序两大部分。主程序主要是完成系统初始化、开关机检测、开关机初始化，然后进入主程序循环等待中断，图5为主程序流程。中断服务程序包括周期中断程序、下溢中断程序等。在周期中断程序中完成读取电压采样值、数字滤波、实施控制算法、启动电流A/D转换、调节器运算程序等工作。如果系统出现故障，则外部硬件产生信号去封锁脉冲放大和整形电路，同时产生信号送DSP，产生中断封锁脉冲输出。为了达到更好的控制效果，调节器采用变参数数字PI算法，其控制思想是按照电压误差e（k）的正、负及上升、下降趋势，将反馈电压一个周期的波动分为6个区间，在不同的区间调用不同的 PI参数，从而实现佳PI 调节，其数学表达式为：

　　其程序流程如图6所示。

　　图5 主程序流程 图6 变参数PI算法流程