【正文】 能滿足相關(guān)要求，本設(shè)計在交流輸出側(cè)串聯(lián)濾波電感，從而實(shí)現(xiàn)以下作用：（1）濾除開關(guān)管產(chǎn)生的高頻諧波，保證輸出高質(zhì)量的正弦電流；（2）利用電感對電流的阻尼作用，穩(wěn)定電流，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。6. 通訊電路通訊電路可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，隨時對系統(tǒng)運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控，便于遠(yuǎn)程控制。通訊功能主要利用DSP的SCI、CAN等通訊接口。 單相并網(wǎng)逆變器的基本原理，功率開關(guān)元件采用四只IGBT管VVVV4，由DSP輸出的SPWM脈寬調(diào)制信號控制驅(qū)動IGBT管的導(dǎo)通或截止。當(dāng)逆變器電路接上直流電源后，先由VV4導(dǎo)通，VV3截止，則電流由直流電源正極輸出，經(jīng)Vl、濾波器、V4后，再回到電源負(fù)極。當(dāng)VV4截止后，VV3導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)V濾波器、V2后，再回到電源負(fù)極。此時，逆變器輸出端已形成正負(fù)交變的方波。利用SPWM控制，使得兩對IGBT管交替重復(fù)開關(guān)動作，輸出等效交流電壓，再經(jīng)過濾波器的作用，使輸出端形成正弦波交流信號。同時，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量提供通道，逆交橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管，在兩對IGBT管交替重復(fù)的過程中，這些二極管還起到了續(xù)流的作用。 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計直流側(cè)輸入電壓Ud的選擇，并網(wǎng)系統(tǒng)直流側(cè)的電壓必須大于交流側(cè)的峰值電壓，否則系統(tǒng)不能正常工作。選取直流側(cè)輸入電壓Ud的范圍為200～450V。選取Ud=400V。開關(guān)管IGBT的選擇。當(dāng)并網(wǎng)逆變器電路正常工作時，流經(jīng)功率開關(guān)管IGBT的電流峰值與濾波電感電流峰值一致，同時考慮到余量，則要求開關(guān)管的電流額定值必須略大于電感峰值的最大值。本課題設(shè)計的并網(wǎng)逆變器輸出功率為10kW。同時考慮到系統(tǒng)余量，選擇功率開關(guān)管的耐流值應(yīng)該在100A以上。在全橋并網(wǎng)逆變電路中，主功率開關(guān)管承受的最大電壓應(yīng)超過直流輸入側(cè)的最大電壓(450V)，同時從余量和線路寄生參數(shù)影響等方面考慮，選取的IGBT耐壓值應(yīng)大于500V。頻率20KHz。濾波電感的選擇。濾波電感在整個系統(tǒng)中有兩個作用：抑制開關(guān)器件的高頻分量；控制其兩端的電壓來控制并網(wǎng)電流。忽略電路中的電阻R，則電感L的計算是：在輸入電壓和輸出電壓確定的情況下，輸出濾波電感的最小值主要由設(shè)定的電感電流紋波的大小來決定。設(shè)電感L上的電流紋波最大值為，則對于電感L有： （）因?yàn)?，代入式（）則 （）其中，為載波周期，為直流側(cè)電壓。將式（）變換得式（）， （）對式（）求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為0，得到電流紋波最大時的調(diào)制比。 （）將式（）代入式（）得， （）變換得， （）對電壓有， （）因?yàn)閯t， （）其中為電感電壓幅值。通過計算得出， （）整合式（）與式（）得到，電感L的取值范圍。 （）3 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)硬件設(shè)計上章中對單相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的總體設(shè)計及各部分模塊的功能作了詳細(xì)介紹，本章主要就控制系統(tǒng)的硬件具體實(shí)現(xiàn)作全面介紹。 TMS320F2808DSP及開發(fā)環(huán)境CCS介紹TI公司生產(chǎn)的TMS320F2808是TMS320C200系列下的一種定點(diǎn)32位MCU芯片。與TI前期推出的C24x系列DSP相比，各項指標(biāo)都有較大改善，性能也大大提高。主頻由40MHz提高到100MHz,結(jié)構(gòu)采用100管腳，體積更小，功耗低，運(yùn)算能力強(qiáng)，大量應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其在逆變器、數(shù)字電源、數(shù)字馬達(dá)控制以及智能傳感器控制等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。F2808外設(shè)資源豐富、片內(nèi)存儲空間足以滿足平常使用、足夠多的I/O口、非常迅速的A/D轉(zhuǎn)換速率等，并且與TMS320F280x系列其他芯片相比具有相同的管腳結(jié)構(gòu)，代碼也完全兼容，具有很好的可移植性。下面對其各項性能指標(biāo)作個詳細(xì)介紹：（1）采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，100MHz主頻，功耗低，設(shè)計成低電壓形式，I/；（2）采用高性能32位CPU，哈佛總線結(jié)構(gòu)，中斷響應(yīng)時間短；（3）片內(nèi)集成高達(dá)64K*16的FLASH，18K*16的SARAM，1K*16的OTP ROM以及4K*16的Boot ROM；（4）代碼安全模塊提供的密碼保護(hù)高達(dá)128位，安全性非常高；（5）具有35個可獨(dú)立編程的多路復(fù)用GPIO通道和43個外設(shè)中斷；（6）增強(qiáng)型外設(shè)控制單元：一共有16路EPWM通道，其中4路為高分辨率HRPWM，另外12路為普通發(fā)波通道；4路捕獲輸入單元；2路正交編碼結(jié)構(gòu)；（7）3個32位CPU定時器；（8）16個片上ADC轉(zhuǎn)換通道，精度12位的，可以配置為級聯(lián)模式，構(gòu)成一個16通道模塊，也可以配置成2個獨(dú)立的8通道模塊，能夠在160ns內(nèi)完成一次A/D轉(zhuǎn)換；（9）具有豐富的通訊接口，支持SPI、SCI、eCAN及I2C多種通訊方式。DSP的開發(fā)需要一定的軟件工具，CCS（Code Composer Studio）就是專門開發(fā)DSP的一種集成開發(fā)環(huán)境，可視化程度高，界面良好，集成了編輯、調(diào)試代碼、跟蹤、分析等多種功能[25]。利用CCS開發(fā)調(diào)試數(shù)字信號處理產(chǎn)品時，： 采用CCS開發(fā)過程在這幾個開發(fā)階段中，經(jīng)常利用CCS來實(shí)現(xiàn)以下功能單步調(diào)試、設(shè)置斷點(diǎn)、觀察變量、配置存儲器和寄存器、觀察調(diào)用堆棧、觀察圖形、編輯源代碼、觀察反匯編和C指令執(zhí)行情況等。 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 輔助電源設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計的輔助電源，從直流輸入取電，采用控制芯片UC3844，經(jīng)變壓器產(chǎn)生四路相互隔離的電源，分別供給主芯片、IPM模塊、繼電器和各種有源芯片。 輔助電源電路 電壓檢測電路的設(shè)計本文設(shè)計中需要通過霍爾電壓傳感器檢測兩路電壓信號，分別為一路直流電壓信號和一路交流電壓信號。在本設(shè)計中選用型號為HNV025A的霍爾電壓傳感器。該傳感器具有3kV的絕緣電壓，電源電壓177。15V，輸入額定電流為177。10mA，輸出額定電流為177。25mA，%，響應(yīng)時間小于40μs。在設(shè)計中，霍爾電壓傳感器輸出的電壓幅值在[5V，5V]的范圍內(nèi)。這樣的輸出的電壓顯然與 DSP 的端口不匹配，必須要設(shè)計電壓檢測電路和信號調(diào)理電路。 電壓檢測與調(diào)理電路原理，本設(shè)計中的電壓檢測調(diào)理電路大體上分為三個部分?；魻栯妷簜鞲衅鞯妮敵鲚斎氲?Uin，信號的輸入范圍為[5V，5V]。這個輸入信號首先經(jīng)過一個電壓跟隨器。這個電壓跟隨器由運(yùn)算放大器構(gòu)成，它將傳感器的輸出信號減半，輸出范圍為[，]的模擬信號；將模擬信號輸入到加法器中處理后輸出單極性的范圍為[0V，5V] 的信號。最后，再經(jīng)過用一個運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器將信號減半，輸出范圍為[0V，]的信號。這樣就可以被DSP的AD轉(zhuǎn)換處理了。圖中由 R3和 C2構(gòu)成 AD輸入的低通濾波器，采用D1和D2作為DSP端的限幅電路。 電流檢測電路的設(shè)計本設(shè)計中交流側(cè)電流信號也需要被采集到控制系統(tǒng)中，本設(shè)計選用型號HNC100LA的霍爾電流傳感器將交流側(cè)電流信號處理成一定比例的弱電壓信號HNC100LA型霍爾電流傳感器的性能良好： 的絕緣電壓，電源電壓為177。15V，額定電流為100A，輸出額定電流為50mA，%以內(nèi)，響應(yīng)時間為1μs。使用時使被測量的電流信號穿過電流傳感器中間的孔，這時候電流傳感器的輸出端輸出處理后采樣信號。為了使其輸出信號能夠被 DSP 檢測和處理。 過零檢測電路設(shè)計在系統(tǒng)工作的時候，需要檢測電網(wǎng)電壓的相位和頻率輸入到主控芯片中來實(shí)現(xiàn)同步。這時候必須使用轉(zhuǎn)換電路將采集到的電網(wǎng)的電壓信號處理成和電網(wǎng)電壓正弦波信號過零點(diǎn)一致的脈沖信號。，這是因?yàn)?。 過零檢測電路傳感器檢測到的電網(wǎng)電壓信號送入到放大電路中，放大電路由LM258來搭建。用這個放大電路控制Q1的開斷。這樣就能產(chǎn)生出和電網(wǎng)電壓對應(yīng)的方波信號。在與非門的作用下，方波信號成為了數(shù)字信號。DSP 的捕捉端口能夠檢測到這個數(shù)字信號的正向脈沖信號，這時，DSP會產(chǎn)生一個中斷。這樣就能確定過零點(diǎn)，以此控制輸出電流和電網(wǎng)同步。 IGBT驅(qū)動電路設(shè)計主電路中的IGBT必須要有驅(qū)動電路，因?yàn)橹骺匦酒敵龅牡腜WM波是不能直接驅(qū)動IGBT的。驅(qū)動電路的主要作用是傳遞信號和保護(hù)。驅(qū)動電路通過光耦隔離或者磁隔離來將控制電路和主電路隔離開，以此來保護(hù)控制電路。本文采用光電耦合驅(qū)動器HCPLJ312。DSP輸出的PWM信號經(jīng)74LVX4245電平轉(zhuǎn)換后送至HCPLJ312的2腳正向輸入信號端A，再經(jīng)過HCPLJ312內(nèi)部光耦隔離、放大，為IGBT提供+18V的正向柵極驅(qū)動電壓，以及9 V的反向柵極快恢復(fù)電壓。 IGBT隔離驅(qū)動電路4 并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計上章對單相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計作了詳細(xì)介紹，本章主要就控制系統(tǒng)的軟件具體實(shí)現(xiàn)作全面介紹。 軟件總體設(shè)計并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的總體程序主要包括四部分：（1）主程序；（2）定時器下溢出中斷程序；（3）捕捉中斷程序；（4）故障保護(hù)中斷程序。主程序主要完成DSP系統(tǒng)的各類初始化設(shè)置，包括各類寄存器的配置，中斷使能等。本設(shè)計采用三個中斷，其中，定時器下溢中斷主要完成A/D采樣、控制算法的實(shí)現(xiàn)和SPWM波的產(chǎn)生；捕捉中斷主要完成電網(wǎng)電壓的同步鎖相；故障保護(hù)中斷主要實(shí)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，及時封鎖脈沖，保護(hù)電路。 主程序設(shè)計主程序采用一個大的無限循環(huán)，當(dāng)有中斷發(fā)生時，跳入中斷服務(wù)程序中運(yùn)行，中斷服務(wù)程序運(yùn)行結(jié)束后返回主程序繼續(xù)運(yùn)行，等待下一次中斷發(fā)生。 主程序流程 定時器下溢中斷程序設(shè)計在中斷程序中，先完成對電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流、直流母線電壓等信號的采樣工作，判斷是否滿足并網(wǎng)條件，滿足則閉合繼電器并網(wǎng)，然后對電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相，產(chǎn)生正弦基準(zhǔn)信號，進(jìn)而完成電流控制算法，產(chǎn)生SPWM驅(qū)動信號，中斷程序還要實(shí)現(xiàn)過壓、過流保護(hù)等工作。 N Y 定時器下溢中斷流程圖定時器下溢中斷的一個很重要的作用就是生成SPWM驅(qū)動信號。SPWM波是幅值相等，脈寬按正弦規(guī)律變化的一列脈沖波，可以由正弦調(diào)制波和三角載波比較產(chǎn)生。在DSP2808中，有專門產(chǎn)生PWM波的模塊ePWM，PWM波的產(chǎn)生主要依靠周期寄存器和相關(guān)比較寄存器的匹配來實(shí)現(xiàn)。周期寄存器的值能決定三角載波的周期，如果計數(shù)模式設(shè)定為增/減模式，那么三角載波周期就是周期寄存器的值的2倍。比較寄存器裝載正弦波離散化后各個比較點(diǎn)的幅值，當(dāng)計數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時，按照相關(guān)動作寄存器的配置產(chǎn)生高低電平。如果需要改變?nèi)禽d波的頻率和比較值，只需要改變EPWM相關(guān)周期寄存器和比較寄存器的值即可，非常方便。正弦波的幅值可以通過實(shí)時計算和查表法兩種方式得到，其中實(shí)時計算法支持的頻率變化范圍較大，非常適用于變頻調(diào)速系統(tǒng)，而查表法更適用于像UPS和對電網(wǎng)電壓進(jìn)行跟蹤反饋等頻率變化范圍不大的場合。對并網(wǎng)逆變器而言，通常情況下采用查表法產(chǎn)生SPWM波，正弦調(diào)制波由一張正弦表提供，表的長度由載波比決定。在本設(shè)計中，載波頻率設(shè)為10kHz，調(diào)制波頻率50Hz，所以載波比為200。比較寄存器的值的更新通常都是由中斷完成，本設(shè)計采用下溢中斷，即當(dāng)計數(shù)器的值等于零時觸發(fā)中斷，通過計數(shù)器的值的增減來模擬三角波，可見，在整個過程中，正弦調(diào)制波和三角載波都不是實(shí)際的波形，而是模擬出來的、抽象的。 捕捉中斷程序設(shè)計在并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同頻同相，通常使用鎖相環(huán)（PLL—Phase Locked Loop）技術(shù)。過去的鎖相技術(shù)都是以硬件方式實(shí)現(xiàn)，隨著DSP的應(yīng)用，軟件鎖相環(huán)（Software PLL）得到極大發(fā)展。通常鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)，都是先將電網(wǎng)電壓經(jīng)過零比較電路，生成同步方波信號，然后通過DSP的Capture捕捉中斷判斷過零點(diǎn)并通過時間寄存器實(shí)現(xiàn)鎖相。該方法屬于硬件電路配合軟件算法共同實(shí)現(xiàn)。根據(jù)調(diào)制方式的不同，軟件鎖相環(huán)的具體實(shí)現(xiàn)方法也有不同。采用異步調(diào)制時，即保持載波頻率不變，這時可采用一種稱為異步變頻調(diào)制的鎖相算法進(jìn)行鎖相[27，29]。該算法的基本思想是：根據(jù)控制芯片的字長，定義一個長度等于器件字長的相位指針PhaseIndex，該指針在調(diào)制頻率下按照一定步長產(chǎn)生步進(jìn)，會有周期性溢出，利用這個特點(diǎn)可以產(chǎn)生同頻率的調(diào)制信號去控制開關(guān)管通斷[25，26]。而當(dāng)采用同步調(diào)制時，即保持載波比不變，此時鎖相算法采用同步鎖相。同步鎖相基本思想如下：逆變器采用SPWM控制，載波比N是固定不變的，而，當(dāng)調(diào)制波頻率改變，相應(yīng)調(diào)整載波頻率（即改變?nèi)禽d波頻率），本設(shè)計中即改變EPWM_PERIOD，則逆變器輸出并網(wǎng)電流的頻率也會隨之改變，所以不斷調(diào)整SPWM載波頻率就能使輸出電流的頻率和電網(wǎng)電壓頻率一致。本設(shè)計就是利用同步鎖相的思想先實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻，然后再進(jìn)行相應(yīng)的相位調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)同頻同相，完成跟蹤。從上面的描述可以看出，鎖相的過程包括兩部分，頻率跟蹤和相位同步。通常的鎖相方法有指針歸零法、先調(diào)頻后調(diào)相法[26]。其中指針歸零法是最簡單的鎖相方法，在捕獲電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)的CAP1中斷內(nèi)，直接將正弦表的指針歸零，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流參考信號與電網(wǎng)電壓相位同步。該方法適用于輸入頻率穩(wěn)定的情況。先調(diào)頻后調(diào)相法是將調(diào)頻和調(diào)相分開進(jìn)行，首先實(shí)現(xiàn)輸出和輸入的頻率達(dá)到一致，然后再考慮調(diào)相，最終使頻率和相位都達(dá)