一种基于DSP控制的负电阻制造技术

本发明专利技术公开了一种基于DSP控制的负电阻，包括依次相连的直流电压源、全桥逆变电路、电流采样模块、DSP控制器和开关管驱动模块；全桥逆变电路包含4个半导体功率开关管；DSP控制器包含CAP模块、第一PWM模块和第二PWM模块；第一PWM模块产生2路方波控制信号PWMA1和PWMB1；第二PWM模块产生2路方波控制信号PWMA2和PWMB2；开关管驱动模块根据方波控制信号PWMA1、PWMB1、PWMA2、PWMB2分别生成4路开关管驱动信号；4路开关管驱动信号开关管驱动信号分别控制4个半导体功率开关管的开通和关断，以实现对全桥逆变电路输出电压相位和有效值的控制。本发明专利技术在直流侧输入电压固定的情况下，可以通过改变全桥逆变电路输出电压的占空比，实现对全桥逆变电路输出电压有效值的灵活控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DSP控制的负电阻
本专利技术涉及负电阻构造的
，尤其是指一种基于DSP控制的负电阻。
技术介绍
负电阻是一种满足欧姆定律的一端口有源元件，特点是当选取关联参考方向时，其两端的电压和流过电流的相位相反，向外输出有功功率。现有的负电阻构造方法主要有两种：一是基于运算放大器和正电阻；二是基于自激振荡控制的逆变电路。前者由于受限于运算放大器的饱和电压，输出的有功功率有限，只适合小功率场合，后者通过过零比较器直接生成开关管驱动信号，逆变电路输出电压的占空比始终等于0.5，只能通过在逆变电路前端级联DC-DC变换器来改变逆变电路直流侧的电压以实现对逆变电路输出电压的大小的调整，但这增加了系统的成本和体积。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于DSP控制的负电阻，通过同步和移相控制生成逆变电路开关管的驱动信号，仅利用逆变电路，同时实现对逆变电路输出电压大小和相位的控制，所提出的负电阻具有结构简单、成本低、实用性强的特点。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于DSP控制的负电阻，包括直流电压源、全桥逆变电路、电流采样模块、DSP控制器和开关管驱动模块；所述直流电压源与全桥逆变电路相连；所述全桥逆变电路包含4个半导体功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4；所述电流采样模块采样全桥逆变电路的输出电流，生成与全桥逆变电路输出电流相位相同且频率相同的方波信号；所述DSP控制器包含CAP模块(即脉冲捕获模块)、第一PWM模块(即第一脉宽调制模块)和第二PWM模块(即第二脉宽调制模块)；所述CAP模块捕获电流采样模块生成的方波信号的上升沿，实时获取全桥逆变电路输出电流的相位和频率，并且当CAP模块捕获到方波信号的上升沿时，生成第一PWM模块的同步信号；所述第一PWM模块产生2路方波控制信号PWMA1和PWMB1；所述第二PWM模块产生2路方波控制信号PWMA2和PWMB2；所述开关管驱动模块根据方波控制信号PWMA1、PWMB1、PWMA2、PWMB2分别生成4路开关管驱动信号VGS1、VGS2、VGS3、VGS4；所述开关管驱动信号VGS1、VGS2、VGS3、VGS4分别控制开关管Q1、Q2、Q3和Q4的开通和关断；所述全桥逆变电路输出电压的基波分量与其输出电流的基波分量相位相同，所述全桥逆变电路输出电压的占空比可调，整个电路的端口特性能够等效为负电阻。进一步，所述第一PWM模块包括第一周期计数器和第一时基计数器，所述第二PWM模块包括第二周期计数器和第二时基计数器，所述第一周期计数器和第二周期计数器的值始终等于全桥逆变电路输出电流的周期值PRD，所述全桥逆变电路输出电流的周期值PRD满足：PRD＝TS/TCLK，其中TS表示全桥逆变电路输出电流的周期，TCLK表示DSP控制器的PWM模块的时钟周期；所述第一时基计数器和第二时基计数器配置为下降模式，在下降模式下，所述第一时基计数器和第二时基计数器首先加载第一周期计数器和第二周期计数器的值，然后开始向下递减，直到减到0时，自动再加载第一周期计数器和第二周期计数器的值，并重复以上动作；当第一时基计数器的值等于第一周期计数器的值时，所述方波控制信号PWMA1置高，所述方波控制信号PWMB1置低，当第一时基计数器的值等于1/2第一周期计数器的值时，所述方波控制信号PWMA1置低，所述方波控制信号PWMB1置高；当第二时基计数器的值等于第二周期计数器的值时，所述方波控制信号PWMA2置高，所述方波控制信号PWMB2置低，当第二时基计数器的值等于1/2第二周期计数器的值时，所述方波控制信号PWMA2置低，所述方波控制信号PWMB2置高；所述第一时基计数器的值减到0时，产生第二PWM模块的同步信号。进一步，当所述PWM模块的同步信号到来时，所述第一时基计数器的值马上更新为Pha1，当所述第二PWM模块的同步信号到来时，所述第二时基计数器的值马上更新为Pha2，所述Pha1和Pha2满足以下关系：其中，DS表示全桥逆变电路输出电压的占空比。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术基于电力电子变换器，可以实现任意功率等级的负电阻。2、通过同步和移相控制，仅利用逆变电路实现输出电压大小可调的负电阻，具有结构简单、成本低、体积小、效率高的特点。总之，本专利技术公开的基于DSP控制的负电阻，在直流侧输入电压固定的情况下，可以通过改变全桥逆变电路输出电压的占空比，实现对全桥逆变电路输出电压有效值的灵活控制，在实际应用中，具有显著优势。附图说明图1为实施方式中提供的一种基于DSP控制的负电阻的结构框图。图2为实施方式中图1所示的开关管驱动信号生成的示意图。图3为实施方式中基于所提负电阻的串联-串联型无线电能传输系统框图。图4为实施方式中图3所示的逆变电路输出电压和输出电流的稳态波形图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1所示，本实施例公开了一种基于DSP控制的负电阻，包括直流电压源、全桥逆变电路、电流采样模块、DSP控制器和开关管驱动模块；所述直流电压源与全桥逆变电路相连；所述全桥逆变电路包含4个半导体功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4；所述电流采样模块采样全桥逆变电路的输出电流，生成与全桥逆变电路输出电流相位相同且频率相同的方波信号；所述DSP控制器包含CAP模块(即脉冲捕获模块)、第一PWM模块(即第一脉宽调制模块)和第二PWM模块(即第二脉宽调制模块)；所述第一PWM模块包括第一周期计数器和第一时基计数器，所述第二PWM模块包括第二周期计数器和第二时基计数器，所述第一周期计数器和第二周期计数器的值始终等于全桥逆变电路输出电流的周期值PRD；所述CAP模块捕获电流采样模块生成的方波信号的上升沿，实时获取全桥逆变电路输出电流的相位和频率，并且当CAP模块捕获到方波信号的上升沿时，生成第一PWM模块的同步信号；所述第一PWM模块产生2路方波控制信号PWMA1和PWMB1；所述第二PWM模块产生2路方波控制信号PWMA2和PWMB2；所述开关管驱动模块根据方波控制信号PWMA1、PWMB1、PWMA2、PWMB2分别生成4路开关管驱动信号VGS1、VGS2、VGS3、VGS4；所述开关管驱动信号VGS1、VGS2、VGS3、VGS4分别控制开关管Q1、Q2、Q3和Q4的开通和关断；所述逆变电路输出电压基波分量和输出电流基波分量始终保持同相，整个电路的端口特性可等效为负电阻-RN。在本实施例中，方波控制信号和开关管驱动信号的具体生成过程如图2所示。首先DSP控制器的CAP模块捕获采样模块生成的方波信号i′P的上升沿，DSP控制器根据捕获的方波信号上升沿计算逆变电路输出电流的频率，并实时更新第一周期计数器和第二周期计数器的值PRD(PRD＝TS/TCLK，其中TS表示全桥逆变电路输出电流的周期，TCLK表示DSP控制器的PWM模块的时钟周期)，同时在方波信号上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DSP控制的负电阻，其特征在于：包括直流电压源、全桥逆变电路、电流采样模块、DSP控制器和开关管驱动模块；所述直流电压源与全桥逆变电路相连；所述全桥逆变电路包含4个半导体功率开关管Q

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP控制的负电阻，其特征在于：包括直流电压源、全桥逆变电路、电流采样模块、DSP控制器和开关管驱动模块；所述直流电压源与全桥逆变电路相连；所述全桥逆变电路包含4个半导体功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4；所述电流采样模块采样全桥逆变电路的输出电流，生成与全桥逆变电路输出电流相位相同且频率相同的方波信号；所述DSP控制器包含CAP模块、第一PWM模块和第二PWM模块；所述CAP模块捕获电流采样模块生成的方波信号的上升沿，实时获取全桥逆变电路输出电流的相位和频率，并且当CAP模块捕获到方波信号的上升沿时，生成第一PWM模块的同步信号；所述第一PWM模块产生2路方波控制信号PWMA1和PWMB1；所述第二PWM模块产生2路方波控制信号PWMA2和PWMB2；所述开关管驱动模块根据方波控制信号PWMA1、PWMB1、PWMA2、PWMB2分别生成4路开关管驱动信号VGS1、VGS2、VGS3、VGS4；所述开关管驱动信号VGS1、VGS2、VGS3、VGS4分别控制开关管Q1、Q2、Q3和Q4的开通和关断；所述全桥逆变电路输出电压的基波分量与其输出电流的基波分量相位相同，所述全桥逆变电路输出电压的占空比可调，整个电路的端口特性能够等效为负电阻。


2.根据权利要求1所述的一种基于DSP控制的负电阻，其特征在于：所述第一PWM模块包括第一周期计数器和第一时基计数器，所述第二PWM模块包括第二周期计数器和第二时基计数器，所述第一周期计数器和第二周期计数器的值始...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，吴理豪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44