基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计

时间:2022-11-06 07:50:06 其他范文 收藏本文 下载本文

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基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计

篇1:基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计

基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计

摘要:TH71101是一个单片射频接收器芯片,工作在300~450MHz ISM频段;片内包含低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路,能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。文中给出了TH71101的结构、原理、特性及应用电路。

关键词:无线接收 FSK ASK 频率合成器 TH71101

1 概述

TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片,工作在300~450MHz ISM频段,能与TH7107等芯片配套,实现ISM频段无线模拟和数字信号传输;内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s,ASK数据速率达80kb/s,FM带宽15kHz;灵敏度111dBm。电源电压2.5~5.5V,工作电流8.2mA,待机电流<100nA。适用于ISM(工业、科学和医学)频率范围内的.各种应用,如数据通信系统、无钥匙进入系统、遥控遥测系统、安防系统等。

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2 芯片封装与引脚功能

TH71101采用LQFP32封装,各引脚功能如表1所列。

表1 TH71101引脚功能

引脚号符  号

功       能

1VEE地2GAIN-LNA低噪声放大器(LNA)增益控制3OUT-LNALNA输出,连接到外接的LC调谐回路4IN-MIX1混频器1(MIX1)输入,单端阻抗约33Ω5VEE地6IF1P中频1(IF1)集电极开路输出7IF1N中频1(IF1)集电极开路输出8VCC电源输入9OUT-MIX2混频器2(MIX2)输出,输出阻抗约330Ω10VEE地11IFA中频放大器(IFA)输入,输入阻抗约2.2kΩ12FBC1连接外接的中频放大器反馈电容13FBC2连接外接的中频放大器反馈电容14VCC电源输入15OUT-IFA中频放大器输出16IN-DEM解调器(DEMOD)输入17VCC电源输入18OUT-OA运算放大器(OA)输出19OAN运算放大器(OA)负极输入20OAP运算放大器(OA)正极输入21RSSIRSSI输出,输出阻抗约36kΩ22VEE地23OUTPFSK/FM正输出,输出阻抗100300kΩ24OUTNFSK/FM负输出,输出阻抗100300kΩ25VEE地26RO基准振荡器输入,外接晶体振荡器和电容27VCC电源输入28ENRX模式控制输入29LF充电泵输出和压控振荡器1(VCO1)控制输入30VEE地31IN-LNALNA输入,单端阻抗约26Ω32VCC电源输入

3 芯片内部结构与工作原理

TH71101内部结构框图如图1所示。芯片内包含低噪声放大器(LNA)、两级混频器(MIX1、MIX2)、锁相环合成器(PLL Synthesizer)、基准晶体振荡器(RO)、充电泵(CP)、中频放大器(IFA)、相频检波器(PFD)等电路。

LNA是一个高灵敏度接收射频信号的共发、共基放大器。混频器1(MIX1)将射频信号下变频到中频1(IF1),混频器2(MIX2)将中频信号1下变频到中断信号2(IF2),中频放大器(IFA)放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。相位重合解调器和混频器3解调中频信号。运算放大器(OA)进行数据限幅、滤波和ASK检测。锁相环合成器由压控振荡器(VCO1)、反馈式分频器(DIV16和DIV2)、基准晶体振荡器(RO)、相频检波器(PFD)、充电泵(CP)等电路组成,产生第1级和第2级本振信号LO1和LO2。

图2 FSK接收电路图

使用TH71101接收器芯片可以组成不同的电路结构,以满足不同的需求。对于FSK/FM接收,在相位重合解调器中使用IF谐振回路。谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。对于ASK结构,RSSI信号馈送到ASK检波器,ASK检波器由OA组成。

图3 ASK接收电路

TH71101采用两级下变频。MIX1和MIX2由芯片内部的本振信号LO1和LO2驱动,与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制,如表2和表3所列。有效的射频前端滤波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC滤波器,在LNA的输出使用LC滤波器。

表2 基准频率fREF、本振频率fL0、中频fIF与FRF镜像抑制关系

注入类型低  端高  端fREF(fRF-fIF)/16fRF+fIF/16fLO16・fREF16・fREFfIFfRF-fLOfLO-fRFfRF imagefRF-2fIFfRF+2fIF

表3 在fIF=10.7MHz时,基准频率fREF、本振频率fL0与fRF镜像抑制的关系

参  数fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz低高低高fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875fLO/MHz304.3325.7422.9444.3fRF image/MHz293.6336.4412.2455.0

4 应用电路设计

基于TH71101的FSK和ASK应用电路如图2、3所示。TH71101与单片机的接口电路如图4所示。

ENRX=“0”时,接收模块进入待机状态,ENRX=“1”时,接收模块进入接收状态。TH71101解调输出数据经RXD进入单片机,数据格式和数据速率由用户根据需要确定。应注意的是:FSK数据速率不能超过40kb/s,ASK数据速率不能超过80kb/s。

篇2:基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计

基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计

摘要:TH71101是一个单片射频接收器芯片,工作在300~450MHz ISM频段;片内包含低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路,能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。文中给出了TH71101的结构、原理、特性及应用电路。

关键词:无线接收 FSK ASK 频率合成器 TH71101

1 概述

TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片,工作在300~450MHz ISM频段,能与TH7107等芯片配套,实现ISM频段无线模拟和数字信号传输;内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s,ASK数据速率达80kb/s,FM带宽15kHz;灵敏度111dBm。电源电压2.5~5.5V,工作电流8.2mA,待机电流<100nA。适用于ISM(工业、科学和医学)频率范围内的`各种应用,如数据通信系统、无钥匙进入系统、遥控遥测系统、安防系统等。

2 芯片封装与引脚功能

TH71101采用LQFP32封装,各引脚功能如表1所列。

表1 TH71101引脚功能

引脚号符  号

功       能

1VEE地2GAIN-LNA低噪声放大器(LNA)增益控制3OUT-LNALNA输出,连接到外接的LC调谐回路4IN-MIX1混频器1(MIX1)输入,单端阻抗约33Ω5VEE地6IF1P中频1(IF1)集电极开路输出7IF1N中频1(IF1)集电极开路输出8VCC电源输入9OUT-MIX2混频器2(MIX2)输出,输出阻抗约330Ω10VEE地11

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篇3:基于RF2514的915MHz AM/ASK发射电路设计

基于RF2514的915MHz AM/ASK发射电路设计

1 RF2514的引脚功能

RF2514各引脚的排列如图1所示。各引脚的功能如下:

引脚1,9(GND1,3):模拟地。为获得最佳的性能,应使用较短的印制板导线直接连接到接地板。

引脚2(PD):低功耗模式控制端。当PD为低电平时,所有电路关断。当PD为高电平时,所有电路导通工作。

引脚3(TXOUT):发射器输出端。输出为晶体管集电极开路(OC)方式,但需要一个提供偏压(或匹配)的上拉电感和一个匹配电容。

引脚4(VCC1):TX缓冲放大器电源端口。

引脚5(MOD IN):AM模拟或者数字调制输入。信号通过该脚输入可以把调幅信号或者数字调制信号加到载波上,而通过该脚外的一个电阻则可对输出放大器进行偏置。该脚的电压不能超过1.1V,过高的电压可能会烧坏芯片。

引脚6(VCC2):压控振荡器、分频器、晶体振荡器、鉴相器和充电泵电源。该端与地间应连接一个中频旁路电容。

引脚7(GND2):数字锁相环接地端。

引脚8(VREFP):偏置电压基准端,用于为分频器和鉴相器提供旁路。

引脚10,11( RESNTR-,RESNTR+) :该脚可用来为压控振荡器(VCO)提供直流电压,同时也可以对压控振荡器的中心频率进行调节。10脚与11脚之间应连一电感。

引脚12(LOOP FLT):充电泵的.输出端。该脚与地之间的RC回路可用来控制锁相环的带宽。

图2

引脚13( LD FLT):用来设定锁定检测电路的阈值。

引脚14(DIV CTRL):分频控制端。该脚为高电平时,选中64分频器,反之,选中32分频器。

引脚15(OSCB):设计时可将该脚直接连接到基准振荡器晶体管的基极,由于该基准振荡器的结构是Colpitts的改进型,因此应在15脚和16脚之间连接一个68pF的电容。

引脚16(OSCE):设计时将该脚直接连接到基准振荡器晶体管的发射极,同时在该脚与地之间还应连接一个33pF的电容器。

图3

2 RF2514的内部结构

RF2514是一个具有锁相环的AM/ASK甚高频/超高频发射器。它由功率放大器、集成压控振荡器、鉴相器和充电泵(PhaseDetector &Charge Pump)、分频器(Prescaler 32/64)、锁存检测(Lock De-tect)和直流偏置(DC Bias)等电路组成,其原理框图如图2所示。

3 应用电路设计

RF2514的915MHz典型应用电路如图3所示。该电路通过微控制器对脚5(MOD IN),脚14(DIV CTRL)和脚2(PD)进行电平设置即可控制电路的工作状态。利用13脚(LD FLT)的锁定检测电路输出电压可以同时对微控制器进行监测。

篇4:基于RF2514的915MHz AM/ASK发射电路设计

基于RF2514的915MHz AM/ASK发射电路设计

RF2514是一个集成有锁相环的AM/ASK VHF/UHF发射器芯片,它可工作在100MHz~1000MHz频段,并采用AM/ASK 调制方式。芯片内含集成压控振荡器、鉴相器、分频器、基准晶体振荡器和锁相环回路,能够发射数字信号。除了标准的低功耗模式外,RF2514还有一个自动闭锁功能,当PLL失锁时,发射器的输出无效。 RF2514的电源电压为2. 5~3.6V,能够对50Ω的负载提供+1dbm的输出功率。RF2514采用QSOP16封装,并具有体积小(4mm×4mm)、价格低、性能好等特点,适合美国和欧洲VHF/UHF ISM频段的应用。

1 RF2514的引脚功能

RF2514各引脚的排列如图1所示。各引脚的功能如下:

引脚1,9(GND1,3):模拟地。为获得最佳的性能,应使用较短的印制板导线直接连接到接地板。

引脚2(PD):低功耗模式控制端。当PD为低电平时,所有电路关断。当PD为高电平时,所有电路导通工作。

引脚3(TXOUT):发射器输出端。输出为晶体管集电极开路(OC)方式,但需要一个提供偏压(或匹配)的上拉电感和一个匹配电容。

引脚4(VCC1):TX缓冲放大器电源端口。

引脚5(MOD IN):AM模拟或者数字调制输入。信号通过该脚输入可以把调幅信号或者数字调制信号加到载波上,而通过该脚外的一个电阻则可对输出放大器进行偏置。该脚的电压不能超过1.1V,过高的电压可能会烧坏芯片。

引脚6(VCC2):压控振荡器、分频器、晶体振荡器、鉴相器和充电泵电源。该端与地间应连接一个中频旁路电容。

引脚7(GND2):数字锁相环接地端。

引脚8(VREFP):偏置电压基准端,用于为分频器和鉴相器提供旁路。

引脚10,11( RESNTR-,RESNTR+) :该脚可用来为压控振荡器(VCO)提供直流电压,同时也可以对压控振荡器的中心频率进行调节。10脚与11脚之间应连一电感。

引脚12(LOOP FLT):充电泵的'输出端。该脚与地之间的RC回路可用来控制锁相环的带宽。

图2

引脚13( LD FLT):用来设定锁定检测电路的阈值。

引脚14(DIV CTRL):分频控制端。该脚为高电平时,选中64分频器,反之,选中32分频器。

引脚15(OSCB):设计时可将该脚直接连接到基准振荡器晶体管的基极,由于该基准振荡器的结构是Colpitts的改进型,因此应在15脚和16脚之间连接一个68pF的电容。

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篇5:nRF902的868MHz无线数字发射电路设计

nRF902的868MHz无线数字发射电路设计

摘要:nRF902是一个单片射频发射芯片,它内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路,能够发送数字信号。nRF902采用FSK调制,可工作在868MHz的ISM频段。文中给出了nRF902的结构、原理、特性及应用电路。

关键词:无线发射 FSK 射频发射器 nRF902

1 概述

nRF902是一个单片发射器芯片,工作频率范围为862~870MHz的ISM频带。该发射器由完全集成的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成。由于nRF902使用了晶体振荡器和稳定的频率合成器,因此,频率漂移很低,完全比得上基于SAW谐振器的解决方案。nRF902的输出功率和频偏可通过外接电阻进行编程。电源电压范围为2.4~3.6V,输出功率为10dBm,电流消耗仅9mA。待机模式时的电源电流仅为10nA。采用FSK调制时的数据速率为50kbits/s。因此,该芯片适合于报警器、自动读表、家庭自动化、遥控、无线数字通讯应用。

2 引脚功能和结构原理

nRF902采用SIOC-8封装,各引脚功能如表1所列。

表1 nRF902的引脚功能

引脚端符  号

功    能

1XTAL晶振连接端/PWR-UP控制2REXT功率调节/时钟模式/ASK调制器字输入3XO8基准时钟输出(时钟频率1/8)4VDD电源电压(+3V)5DIN数字数据输入6ANT2天线端7ANT1天线端8VSS接地端(0V)

图1所示是nRF902的内部结构,从图中可以看出:该芯片内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路。

通过nRF902的天线输出端可将平衡的射频信号输出到天线,该引脚同时必须通过直流通道连接到电源VDD,电源VDD可通过射频扼流圈或者环路天线的中心接入。ANT1/ANT2输出端之间的负载阻抗为200~700Ω。如果需要10dBm的输出功率,则应使用400Ω的负载阻抗。

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调制可以通过牵引晶振的电容来完成。要达到规定的频偏,晶振的特性应满足:并联谐振频率fp应等于发射中心频率除以64,并联等效电容Co应小于7pF,晶振等效串联电阻ESR应小于60Ω,全部负载电容,包括印制板电容CL均应小于10pF。由于频率调制是通过牵引晶振的负载(内部的变容二极管)完成的,而外接电阻R4将改变变容二极管的`电压,因此,改变R4的值可以改变频偏。

将偏置电阻R2从REXT端连接到电源端VDD对可输出功率进行调节。nRF902的工作模式可通过表2所列方法进行设置。

表2 nPF902的工作模式设置

引 脚

工作模式XTALREXTXO8DIN低功耗模式(睡眠模式)GND---时钟模式VDDGNDVDD-ASK模式VDDASK数据VDD或者GNDVDDFSK模式VDDVDDVDD或者GNDFSK数据

在FSK模式时,调制数据将从DIN端输入,这是nRF902的标准工作模式。

ASK调制可通过控制REXT端来实现。当R2连接到VDD时,芯片发射载波。当R2连接到地时,芯片内部的功率放大器关断。这两个状态可用ASK系统中的逻辑“1”和逻辑“0”来表示。在ASK模式,DIN端必须连接到VDD。

时钟模式可应用于外接微控制器的情况,nRF902可以给微控制器提供时钟。它可在XO8端输出基准时钟,XO8端输出的时钟信号频率是晶振频率的1/8。如晶振频率为13.567MHz,则XO8输出的时钟信号频率为1.695MHz。

在低功耗模式(睡眠模式),芯片的电流消耗仅10nA。在没有数据发射时,芯片可工作在低功耗模式以延长电池的使用时间。电路从低功耗模式转换到发射模式需要5ms的时间,从时钟模式转换到发射模式需要50μs的时间。

图2 nRF902的应用电路

3 应用电路设计

nRF902的应用电路如图2所示。为了获得好的射频性能,印制板(PCB)的设计是非常重要的。推荐使用最少两层的PCB板,其中包括一个接地板。设计时应使用高性能的射频电容来紧密的靠近VDD端,以完成DC电源去耦。推荐采用大容量电容与一个小容量电容并联在VDD与地之间的方法。电源电压也应在滤波后,从电源分别发送到各数字电路。所有器件地、VDD连接、VDD旁路电容都必须尽可能的靠近nRF902芯片。PCB使用上层射频接地板时,VSS端应直接连接到接地板。PCB使用底层接地板时,最好的方法是通过个通孔连接到VSS。数字信号和控制信号通道不能靠近晶振和XTAL端。笔者设计时的印制板使用双面1.6mmFR-4板,底板层有连续的接地板,再加上元器件面的接地面积,因而确保了良好的接地。大量的通孔可以连接在元器件面的接地面到底板接地面上,而在天线底下不应有接地面。

篇6:nRF902的868MHz无线数字发射电路设计

nRF902的868MHz无线数字发射电路设计

摘要:nRF902是一个单片射频发射芯片,它内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路,能够发送数字信号。nRF902采用FSK调制,可工作在868MHz的ISM频段。文中给出了nRF902的结构、原理、特性及应用电路。

关键词:无线发射 FSK 射频发射器 nRF902

1 概述

nRF902是一个单片发射器芯片,工作频率范围为862~870MHz的ISM频带。该发射器由完全集成的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成。由于nRF902使用了晶体振荡器和稳定的频率合成器,因此,频率漂移很低,完全比得上基于SAW谐振器的解决方案。nRF902的输出功率和频偏可通过外接电阻进行编程。电源电压范围为2.4~3.6V,输出功率为10dBm,电流消耗仅9mA。待机模式时的电源电流仅为10nA。采用FSK调制时的.数据速率为50kbits/s。因此,该芯片适合于报警器、自动读表、家庭自动化、遥控、无线数字通讯应用。

2 引脚功能和结构原理

nRF902采用SIOC-8封装,各引脚功能如表1所列。

表1 nRF902的引脚功能

引脚端符  号

功    能

1XTAL晶振连接端/PWR-UP控制2REXT功率调节/时钟模式/ASK调制器字输入3XO8基准时钟输出(时钟频率1/8)4VDD电源电压(+3V)5DIN数字数据输入6ANT2天线端7ANT1天线端8VSS接地端(0V)

图1所示是nRF902的内部结构,从图中可以看出:该芯片内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路。

通过nRF902的天线输出端可将平衡的射频信号输出到天线,该引脚同时必须通过直流通道连接到电源VDD,电源VDD可通过射频扼流圈或者环路天线的中心接入。ANT1/ANT2输出端之间的负载阻抗为200~700Ω。如果需要10dBm的输出功率,则应使用400Ω的负载阻抗。

调制可以通过牵引晶振的电

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篇7:全数字单相三电平整流器控制电路设计

全数字单相三电平整流器控制电路设计

摘要:三电平整流器由于其独特的优点,受到了越来越多的重视。介绍了三电平桥式整流器的工作原理,并用数字信号处理器对其控制系统进行了实现,说明了全数字控制系统的硬件设计和软件设计的方法。仿真和实验结果验证了理论研究的结果。

关键词:数字信号处理器;三电平;PWM整流器;功率因数校正

引言

三电平(ThreeLevel,TL)整流器是一种可用于高压大功率的PWM整流器,具有功率因数接近1,且开关电压应力比两电平减小一半的优点。文献[1]及[2]提到一种三电平Boost电路,用于对整流桥进行功率因数校正,但由于二极管整流电路的不可逆性,无法实现功率流的双向流动。文献[3],[4]及[5]提到了几种三电平PWM整流器,尽管实现了三电平,但开关管上电压应力减少一半的优点没有实现。三电平整流器尽管比两电平整流器开关数量多,控制复杂,但?具有两电平整流器所不具备的特点:

1)电平数的增加使之具有更小的直流侧电压脉动和更佳的动态性能,在开关频率很低时,如300~500Hz就能满足对电流谐波的要求;

2)电平数的增加也使电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦,且随着电平数的增加,正弦性越好,功率因数更高;

3)开关的增加也有利于降低开关管上的电压压应力,提高装置工作的稳定性,适用于对电压要求较高的场合。

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1 TL整流器工作原理

TL整流器主电路如图1所示,由8个开关管V11~V42组成三电平桥式电路。假定u1=u2=ud/2,则每只开关管将承担直流侧电压的一半。

以左半桥臂为例,1态时,当电流is为正值时,电流从A点流经VD11及VD12到输出端;当is为负值时,电流从A点流经V11及V12到输出端,因此,无论is为何值,均有uAG=uCG=+ud/2,D1防止了电容C1被V11(VD11)短接。同理,在0态时,有uAG=0;在-1态时,有uAG=uDG=-ud/2,D2防止了电容C2被V22(VD22)短接。

右半桥臂原理类似,因此A及B端电压波形如图2所示,从而在交流侧电压uAB上产生五个电平:+ud,+ud/2,0,-ud/2,-ud。

每个半桥均有三种工作状态,整个TL桥共有32=9个状态。分别如下:

状态0(1,1)开关管V11,V12,V31,V32开通,变换器交流侧电压uAB等于0,电容通过直流侧负载放电,线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。

状态1(1,0)开关管V11,V12,V32,V41开通,交流侧输入电压uAB等于ud/2,输入端电感电压等于us-u1。电容C1电压被正向(或反向)电流充电(u1

状态2(1,-1)开关管V11,V12,V41,V42开通,输入电压uAB=ud,正向(或反向)电流对电容C1及C2充电(或放电),由于输入电感电压反向,电流is逐渐减小。

状态3(0,1)开关管V12,V21,V31,V32开通,交流侧输入电压uAB等于-ud/2,输入电感上电压等于us+u1。电容电压被正向(或反向)电流充电(或放电)。

状态4(0,0)开关管V12,V21,V32,V41开通,输入端电压为0,电容通过直流侧负载放电,线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。

状态5(0,-1)开关管V12,V21,V41,V42开通,交流侧电压为ud/2,正向(或反向)电流对电容C2充电(或放电),电容C1通过负载电流放电。

状态6(-1,1)开关管V21,V22,V31,V32开通,uAB=-ud,正向(或反向)线电流对两个电容C1及C2充电(或放电),由于升压电感电压正向,线电流将逐渐增加。

状态7(-1,0)开关管V21,V22,V32,V41开通,交流侧电压电平为-ud/2,正向(或反向)电流对电容C2充电(或放电),电容C1通过负载电流放电。

状态8(-1,-1)开关管V21,V22,V41,V42开通,输入端电压为0,升压电感电压等于us,两个电容C1及C2均通过负载电流放电。电流is根据电压us的变化而增加(或减小)。

2 硬件电路设计

从图2可以看出,在输入电压频率恒定的情况下,要在变换器交流侧产生一个三电平电压波形,输入电压一个周期内应定义两个操作范围:区域1和区域2,如图3所示。

在区域1,电压大于-ud/2,并且小于ud/2,在电压uAB上产生三个电平:-ud/2,0,ud/2。同理,在区域2,电压绝对值大于ud/2,并小于直流侧电压ud,在电压正半周期(或负半周期)上产生两个电平:ud/2和ud(或-ud/2和-ud)。相应电平的工作区域如表1所列。

表1 相应电平的工作区域

工作区域

1

2

1

2

us>0

us<0

us>0

us<0

高电平

ud/2

0

ud

-ud/2

低电平

0

-ud/2

ud/2

-ud

为方便控制,这里定义两个控制变量SA及SB,其中

根据表1可以设计一个开关查询表,如表2所列,将其存储在DSP中,当进行实时控制时,便可根据输入电压、电流信号,从表中查询所需采取的开关策略。

表2 查询表

SA

SB

V11

V12

V21

V22

V31

V32

V41

V42

uAB

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

ud/2

1

-1

1

1

0

0

0

0

1

1

ud

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

-ud/2

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

-1

0

1

1

0

0

0

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整个控制系统以一片DSP为核心,控制框图如图4所示。

锁相环电路产生一个与电源电压同相位的单位正弦波形,ud的采样信号通过低速电压外环调节器进行调节,电流is的采样信号通过高速电流内环G1进行调节,电容C1端直流电压u1与电容C2端直流电压u2分别通过两个PI调节器进行调节,补偿环G2用于补偿两只电容电压的不平衡。

检测的.线电流命令is与参考电流is*比较,产生的电流误差信号送至电流内环G1,以跟踪电源电流变化,产生的线电流波形将与主电压同相位。

3 软件设计

系统采用两个通用定时器GPT1及GPT2来产生周期性的CPU中断,其中GPT1用于PWM信号产生、ADC采样和高频电流环控制(20kHz),GPT2用于低频电压环的控制(10kHz),两者均采用连续升/降计数模式。低速电压环的采样时间为100μs,高速电流环采样时间为50μs。中断屏蔽寄存器IMR,EVIMRA和EVIMRB使GPT1在下降沿和特定周期产生中断,GPT2则仅在下降沿产生中断。

整个程序分为主程序模块、初始化模块、电流控制环计算模块、电压控制环计算模块、PWM信号产生模块等五大部份。程序流程如图5所示。

4 仿真结果及实验

仿真参数如下:输入电压us交流220V,50Hz,输出功率1kW,开关管GTO,开关频率500Hz。整流状态和逆变状态下电源电压us、电源电流is、交流侧电压uAB波形分别如图6及图7所示。实验结果也证实了设计的正确性,在采用GTO管、开关频率较低(500Hz)时,输入侧电流波形仍然非常接近正弦,装置得到了接近1的功率因数,同时开关上的电压应力减少了一半。

5 结语

采用全数字控制的三电平PWM整流器将控制系统外围电路减至最少,在较低成本下可以获得很高的性能。基于DSP的三电平整流器比传统功率因数校正电路动态性能更好,在较低的开关频率下就可以获得比较好的正弦化电流波形,并可用于GTO等开关器件。如用于高压、大功率三相电路、VVVF电源、电机控制等领域,该方案优越性更明显。

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