高频大功率脉宽调制声呐发射机的研制

　　随着现代逆变技术的逐步成熟，尤其是SPWM逆变技术，信号波形能够很好地在输出端重现，并且可以做到高电压，大电流。SPWM技术的基本思想是，保持输出脉冲电压幅度不变，而用调节脉冲电压的宽度和间隔实现其平均值接近正弦，从而使变频类电力电子设备的谐波含量大为减少，效率提高，运转平稳，噪声降低。SPWM技术的实现方法有两种，一种是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM 信号;另一种是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，利用商品化的专用集成电路、专用单片机和DSP可以使控制电路结构简化、集成度高，从而减小了装置的体积、降低成本，提高系统的可靠性。

　　本文所介绍的声呐发射机是应用先进的DSP技术形成SPWM信号，采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块 IR2110，主电路采用全桥逆变结构，主开关器件选用绝缘栅双极性晶体管(IGBT)，由匹配滤波回路还原成正弦波激励换能器工作。它具有功率大﹑体积小﹑效率高等特点，与换能器匹配联调后，经国家水声计量一级站测量，证明其技术性能达到预定指标。

　　1 发射机组成

　　发射机的主要技术指标是：工作载频0f =52.2kHz，输出电功率maxP≥4kW。发射机主要由滤波整流电源、信号源及控制、功率放大器、匹配滤波网络及保护电路等部分组成，如图1所示。它的主要特点有：

　　(1)利用DSP技术产生SPWM信号，分辨率高、稳定性好;

　　(2)功率放大器件采用大功率的高频IGBT管，主电路采用全桥逆变结构，电路工作效率高，功率可达4kW以上，采用串联谐振滤波后变压器隔离输出，减小了发射体积，提高了电能的利用率;

　　(3)通过DSP串行口接收通讯信息或者其它数据的输入，如功率换档等，利用编程实现发射机的智能控制。

　　本发射机实现中的难点是PWM波的载波频率太高、发射机的输出功率大，以及机载应用要求的小型化和智能化。

　　1.1 信号源与控制电路

　　发射信号源与控制采用美国TI公司的高速信号处理芯片TMS320LF2407A，利用DSP高速信号处理芯片构造数字信号源，将“控制”、“信号产生”和“死区控制”紧密结合，能够产生可编程的多种信号形式、多种信号频率和信号延时的输出。

　　TMS320LF2407A有两个事件管理模块EVA和EVB，可编程产生带死区的12路PWM信号输出。通过多片DSP的主-从连接控制方式能产生几十路甚至上百路的扩展信号输出以满足声呐发射机的要求。

　　在逻辑设计中采用了死区控制技术，死区时间由DSP产生。TMS320LF2407A有3个死区单元，6个输出，死区单元用于保证在任何条件下，DSP输出的同路2个PWM信号控制一对正向导通和负向导通设备是没有重叠，即保证在栅极上不同时加上正触发信号，避免了功放管同时导通而击穿器件。采用DSP能简单、灵活地设置死区时间，改变了以往由驱动部分硬件设置的麻烦及多路工作时容易出现的不一致性。PWM发射信号在程序上采用“相位参差法”进行设计实施，即用两个相位相反而幅值相同的正弦调制波，与一个载波三角波进行比较，得到二阶SPWM 波，使这两个二阶SPWM波相减，就得到了三阶SPWM 波。三阶SPWM波具有更好的消除谐波的作用，能有效地减少功放开关损耗、提高电路的效率，进而也减小了发射机体积。