基于DSP的高頻通信電源運(yùn)行控制方法

李 麗，胡艷君，張 磊，葉 鴿

（1.長春工業(yè)大學(xué) 人文信息學(xué)院，吉林 長春 130000；2.大陸汽車電子（長春）有限公司 連云港分公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

高頻通信電源主要由整流器、蓄電池以及直流配電屏等組成，其中核心硬件設(shè)備為整流器，屬于一種整流裝置。目前，現(xiàn)有控制方法雖然能夠基本滿足高頻通信電源運(yùn)行的控制需求，但是隨著高頻通信技術(shù)的快速發(fā)展，對高頻通信電源運(yùn)行控制要求逐漸提高，既要保證不間斷供電，還要保證電源回歸穩(wěn)態(tài)時(shí)間短暫[1,2]。現(xiàn)有控制方法在實(shí)際應(yīng)用中無法滿足控制要求，高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時(shí)間較長，為此提出了基于DSP的高頻通信電源運(yùn)行控制方法研究。

1 DSP在高頻通信電源運(yùn)行控制中的應(yīng)用優(yōu)勢

在高頻通信電源運(yùn)行控制中應(yīng)用DSP主要優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。首先，DSP的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)高頻通信電源運(yùn)行智能控制，使高頻通信電源的智能化和數(shù)字化程度更高，電源的供電性能更加穩(wěn)定和安全[2]。當(dāng)在高頻開關(guān)工作狀態(tài)下，模擬控制和模數(shù)混合控制兩種方式都難以達(dá)到良好的控制效果，而數(shù)字信號處理器的應(yīng)用可以從根本上減少高頻通信電源運(yùn)行回歸穩(wěn)態(tài)時(shí)間，進(jìn)而提高高頻通信電源的性能指標(biāo)[3]。其次，DSP的應(yīng)用可以使高頻通信電源運(yùn)行控制更加靈活，在控制過程中不需要改變硬件電路，一旦發(fā)現(xiàn)電源運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤或者不穩(wěn)定，只需要通過控制程序執(zhí)行高頻通信電源運(yùn)行控制指令[4]。最后，可以提高電源控制的可靠性。由于數(shù)字信號處理器具有高可靠性、高穩(wěn)定性以及高精度等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字信號處理器在信號處理速度上也有所增強(qiáng)，從根本上解決了高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)比較緩慢的問題，在高頻通信電源運(yùn)行控制中具有良好的應(yīng)用前景[5]。

2 高頻通信電源運(yùn)行控制方法

2.1 基于DSP的高頻通信電源運(yùn)行拓?fù)涫噶孔儞Q處理

為了保證高頻通信電源運(yùn)行穩(wěn)定性，利用DSP對高頻通信電源拓?fù)涫噶窟M(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)一個(gè)電源拓?fù)湫盘柼幚磙D(zhuǎn)換程序，控制高頻通信電源拓?fù)涫噶亢侠矸峙?。此次選取MTS361F145型號DSP，將其安裝在高頻通信電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，對每一個(gè)輸入到電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的矢量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，其計(jì)算過程如下。在DSP信號處理單元中將高頻通信電源每個(gè)扇區(qū)再分成8個(gè)子扇區(qū)，利用方程組對高頻通信電源拓?fù)涫噶窟M(jìn)行描述，其方程組如下所示：

式中，T1和T2分別是高頻通信電源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)扇區(qū)內(nèi)每個(gè)小扇區(qū)臨近的兩個(gè)矢量L1和L2的作用時(shí)間；T3為零矢量的作用時(shí)間；T*為所有拓?fù)涫噶孔饔脮r(shí)間總和。利用DSP計(jì)算出高頻通信電源拓?fù)涫噶孔饔脮r(shí)間，DSP信號處理單元根據(jù)矢量的電平值來合理轉(zhuǎn)換矢量作用的時(shí)間，即可使拓?fù)涫噶磕軌蚓獾穆湓诟哳l通信電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上。

2.3 高頻通信電源輸出電容中點(diǎn)平衡控制

設(shè)計(jì)高頻通信電源輸出電容中點(diǎn)平衡控制方程組，如下所示：

式中，r表示電源輸出電容中點(diǎn)控制環(huán)輸出矢量時(shí)間；TA表示電源A相載波矢量作用時(shí)間；TB表示電源B相載波矢量作用時(shí)間；TC表示電源C相載波矢量作用時(shí)間。以此通過閉環(huán)控制達(dá)到對高頻通信電源輸出電容中點(diǎn)的平衡控制，使整個(gè)高頻通信電源運(yùn)行穩(wěn)定，以此完成基于DSP的高頻通信電源運(yùn)行控制。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將某高頻通信電源作為實(shí)驗(yàn)對象，該高頻通信電源直流母線電壓為220 V，三相平衡阻感負(fù)載電感為45 mH，三相平衡阻感負(fù)載電阻為20 Ω，三相平衡阻感負(fù)載分壓電容值為1 200 uF，高頻通信電源基波頻率為100 Hz。利用基于DSP的高頻通信電源運(yùn)行控制方法與傳統(tǒng)控制方法對該電源進(jìn)行控制，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下，相電壓有效值為220 V，網(wǎng)側(cè)電感為15 mH，直流側(cè)電容為5 000 uF，負(fù)載電阻為50 Ω，直流母線電壓指令值為850 V。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為0.8 s時(shí)，令高頻通信電源運(yùn)行中的負(fù)載由5 Ω突變?yōu)?0 Ω，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為0.25 s時(shí)，令高頻通信電源運(yùn)行中的負(fù)載由20 Ω突變?yōu)?0 Ω，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為0.65 s時(shí)，令高頻通信電源運(yùn)行中的負(fù)載由80 Ω突變?yōu)?50 Ω，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1.75 s時(shí)，令高頻通信電源運(yùn)行中的負(fù)載由150 Ω突變?yōu)?40 Ω，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2.65 s時(shí)，令高頻通信電源運(yùn)行中的負(fù)載由240 Ω突變?yōu)?80 Ω，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為3.45 s時(shí)，令高頻通信電源運(yùn)行中的負(fù)載由180 Ω突變?yōu)?0 Ω。實(shí)驗(yàn)中記錄兩種控制方法控制數(shù)據(jù)，并詳細(xì)記錄高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時(shí)間，將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對比控制方法進(jìn)行對比分析。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)以在應(yīng)用兩種控制方法下高頻通信電源運(yùn)行回歸穩(wěn)態(tài)時(shí)間長短作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將設(shè)計(jì)方法用方法1表示，將傳統(tǒng)方法用方法2表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表1 兩種方法高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時(shí)間對比

從表1可以看出，當(dāng)高頻通信電源運(yùn)行過程中發(fā)生負(fù)載電壓突變時(shí)，應(yīng)用此次設(shè)計(jì)方法高頻通信電源回歸穩(wěn)態(tài)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于傳統(tǒng)方法，可以使高頻通信電源快速回歸穩(wěn)態(tài)，證明了此次設(shè)計(jì)方法可以滿足高頻通信電源運(yùn)行控制需求。

4 結(jié) 論

本文針對傳統(tǒng)控制方法存在的缺點(diǎn)，利用DSP設(shè)計(jì)了一套高頻通信電源運(yùn)行控制方法，該方法實(shí)現(xiàn)電源運(yùn)行控制主要分為兩部分，一是在DSP中設(shè)計(jì)一套處理程序，利用DSP對高頻通信電源運(yùn)行拓?fù)涫噶窟M(jìn)行處理變換，將電源運(yùn)行過程中拓?fù)涫噶烤饴湓陔娫吹耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)上，避免出現(xiàn)拓?fù)涫噶繐頂D而導(dǎo)致高頻通信電源運(yùn)行失穩(wěn)，二是對高頻通信電源輸出電容中點(diǎn)平衡進(jìn)行控制，通過對高頻通信電源運(yùn)行的全面控制，使高頻通信電源可以穩(wěn)定運(yùn)行。此次研究有效解決了高頻通信電源運(yùn)行控制中電源回歸穩(wěn)點(diǎn)時(shí)間較長的問題，對保障高頻通信電源穩(wěn)定運(yùn)行，提高高頻通信電源供電性能具有良好的現(xiàn)實(shí)意義，此外DSP的應(yīng)用還可以使高頻通信電源運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。