基于DSP的智能中频电源设计( 一)

1概述

近年来，随着科学技术的飞速发展，航空技术水平相应地得到提高，民用飞机在速度、高度、航程以及安全性提高的同时，对飞机电气系统设备的可靠性、供电品质等的要求也不断提高。机载发电机控制器(简称GCU)是民用飞机的关键技术，是飞机上的重要部件，监测飞机的主发电机和永磁发电机的输出是否正常，并在发现故障时发出信号给调节部分以进行调节保护，使飞机的主发电机和永磁发电机正常工作，其关系如图l所示。因此，GCU工作的可靠性直接关系到飞机供电系统的稳定性，关系到飞行安全，只有定期对其进行检测维护，做到故障的及时发现和及时处理，才能保证GCU正常工作。因此，必须对GCU在地面进行各种电气模拟测试试验，为飞机各系统安全、准确、高效率、高协调性的工作提供保障，所以对机载GCU的性能参数进行准确快速的测试具有重要意义。

GCU的检测除需要一些专用设备外，最重要的是需要高性能专门特制的电源来模拟飞机主发电机和永磁发电机在正常或故障状态下输出的信号。电源性能好坏直接关系到检测工作的质量，目前国内进行GCU检测用电源研究的单位比较少，而且所研究的电源针对某一机型，功能单一，精度低，自动化程度差。电源主要是模拟民用飞机主发电机和永磁发电机的输出信号提供GCU检测所需的电压和频率。本文主要针对模拟主发电机所发出的信号，设计了一款智能中频电源。

2智能中频电源的设计指标

在对机载GCU进行地面测试时，需要智能中频电源模拟飞机主发电机供电系统可能出现的正常和非正常的供电状况，包括过压、欠压、过频、欠频、电压不对称等情况。依据GCU手册中所提到的过压要求最高131.5V,欠压要求最低96V,因此相电压输出范围的技术指标可定为80V一150V;依据手册要求过频要求最高433±3Hz,欠频要求最低345±2Hz,因此频率的技术指标可定为330~460Hz±1Hz,依据手册容量500VA足够满足测试要求 .

根据上述的相关依据和GCU测试过程的要求确定智能中频电源设计指标为：

输出为三相四线制;相电压80-150±1.5V;频率330~460Hz±lHz;容量500VA;三相间可独立调节;波形失真度小于5%;RS485通讯接口，实现启动、停机/复位和调压、调频功能;操作显示：LCD面板显示三相电压、电流、频率;保护功能：输入过欠压、输出过压、过载、短路、过热。

3 系统结构的总硬件设计

智能中频电源在GCU测试系统中有着举足轻重的作用，中频电源性能优良与否是GCU测试的关键因素之一。

系统的硬件电路可分为主电路、控制电路、辅助电路和总线接口。主电路包括输入整流滤波电路、逆变电路、开关器件驱动电路、缓冲电路和输出交流滤波电路。控制电路主要包括DSPTMS320LF2407(以下简称DSP2407)硬件开发平台。DSP2407板上集中放置了DSP2407处理芯片和系统所要用的各个输人输出口和功能接口，例如A/D采样口、SCI通信口、PWM信号输出口等。辅助电路包括模数转换电路和保护电路，保护电路包括过压保护和过流保护。接口与计算机相连使用通讯总线。系统基本硬件结构框图如图2所示。

本设计采用交一直一交的逆变形式，先使用整流滤波器将交流电过滤成直流电，再通过逆变电路将直流电转换成交流电并输出。

3.1基于DSP的SPWM产生PWM(Pulse width modulation即脉宽调制)技术就是利用全控型电力电子器件(IGBT、GTO等)的导通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲序列L2J,实现变压、变频控制并且消除谐波的技术。SPWM技术就是希望输出的电压是正弦波形，其含义是通过调节脉冲宽度(脉冲占空比)来调节平均电压。

SPWM的基本思想是：正弦波作为调制波，等腰三角波作为载波，当三角波与正弦波曲线相交时，在交点时刻产生控制信号，用来控制功率开关器件的通断，这样可以得到一系列等幅而且脉冲宽度正比于对应区间正弦波曲线的函数值矩形脉冲(见图3)。[p]

3.2逆变电路的设计

逆变电路使用三组单相逆变电路组成一个三相逆变电路，只要能够保持三相间的固定120度相移，就能够很好的实现三相间独立调节。由于中频电源主体是由三组单相逆变电路构成的，所以三相之间除了相移为120度之外，几乎无任何耦合关系。将产生的SPWM波分为三路分别给三路逆变电路，这样三路之间互不干扰，即可实现三相独立调节功能。

逆变部分采用SPWM控制技术，是因为对于电压型逆变电路来说，它具有以下优点：①消除谐波效果好，输出电压波形接近于正弦波形。②SPWM逆变电路既可调频，也可调压，动态响应快。

逆变电路中的选择绝缘栅双极型晶体管IGBT作为逆变桥的开关器件，是因为IGBT将MOSFET与GTR的优点集于一身H J,既有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动型的特点，又具有通态压降低、高电压、大电流的优点，它是八十年代初诞生，九十年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件。

因此在逆变电路部分采用G4PC50UD型号的IGBT即可满足本中频电源的需求(见图4)。