本文介紹應(yīng)用于儀器和設(shè)備測(cè)試的高精度寬頻率功率信號(hào)源的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的功率信號(hào)源一般采用線性電源或模擬控制的功率開關(guān)變換電源。隨著高性能DSP控制器的出現(xiàn)，使采用數(shù)字化控制的功率開關(guān)變換電源作為功率信號(hào)源成為可能，這有利于提高系統(tǒng)的集成化水平和控制功能。本文介紹的功率信號(hào)源采用工作頻率為150MHz的DSP TMS320F2812控制。并且采用DC/DC和DC/AC兩級(jí)聯(lián)合調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
　　1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)
　　本文介紹的功率信號(hào)源可提供輸出電壓從2～100V可變，頻牢從20～l000Hz可變，并且可以在50Hz基頻的情況下疊加基波幅值0～30％的直流分量與2～9次的各次諧波分量。輸出電壓幅值最小可調(diào)步長和分辨率為O．1V，輸出電壓頻率最小可調(diào)步長和分辨率在20～100Hz時(shí)為O．1 Hz，在100～l 000Hz時(shí)，為1Hz。在額定工作條件下，在2～100V范圍內(nèi)，應(yīng)能連續(xù)輸出0．5A的電流，即最大輸出50VA的功率。
　　為了滿足系統(tǒng)的高精度及輸出電壓和頻率均可變的要求，系統(tǒng)框圖如圖l所示，整個(gè)系統(tǒng)由AC／DC、DC／DC和DC／AC三部分組成。由于對(duì)輸出功率的要求比較小，所以采用了反激式直流變換電路。DC/AC級(jí)采用全橋逆變電路。整個(gè)系統(tǒng)的控制是基于TT公司的DSP TMS320F2812。DC／DC環(huán)節(jié)采用INFINEON公司的ICES2AS01控制，其給定信號(hào)Vnf由DSP根據(jù)控制要求產(chǎn)生，從而獲得可調(diào)的直流電壓Vdc。CC/AC環(huán)節(jié)由DSP直接進(jìn)行PWM控制，從而產(chǎn)生所需的功率信號(hào)波形。
　　
　　DSP TMS320F2812的幾個(gè)特點(diǎn)：
　?。?）速度方面 TMS320F2812最高工作頻率為150MHz（30MHz的品振經(jīng)過倍頻而得到）；
　?。?）AD精度 TMS320F2812的AD采樣精度可以達(dá)到12位：
　?。?）運(yùn)算方面 TMS320C2812是32位的定點(diǎn)DSP，可以方便地運(yùn)行32位與32位的乘法，能滿足高精度與快速計(jì)算的要求。
　　2 控制方案及參數(shù)設(shè)計(jì)
　　2．1 逆變器建模與控制方案設(shè)計(jì)
　　單相全橋逆變器及其雙環(huán)控制的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所不，Vdc為輸入直流電壓，S1～S4是功率MOSFET管．L為輸出濾波電感，C為輸出濾波電容。其控制環(huán)節(jié)采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)PID控制。采用輸出電壓與給定電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，誤差電壓經(jīng)過PI環(huán)后成為電流環(huán)的給定，與電流采樣值再進(jìn)行比較．再經(jīng)過P環(huán)節(jié)，蛀后由DSP的PWM環(huán)節(jié)產(chǎn)生控制信號(hào)。由于電感電流等于電容電流和負(fù)載電流之和，其中電容電流為輸出電壓的微分，對(duì)電感電流進(jìn)行控制相當(dāng)于使系統(tǒng)能超前對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制，因此能得到更好的動(dòng)態(tài)性能。另外電感電流包含了負(fù)載電流，所以又可以對(duì)負(fù)載起到限流作用。
　　
　　逆變器輸出電壓的采樣為差分采樣模式，電感電流采樣采用電流霍爾器件。