【正文】 。 在傳統(tǒng)的 單極性調(diào)制方式 中，所有的功率管仍為高頻開關(guān)。 （ 1）雙極性 調(diào)制 方式 雙極性 調(diào)制 時，逆變 全 橋 電路 的對角功率管（ S1/S4， S2/S3）同時開通和關(guān)斷，兩組互補(bǔ)導(dǎo)通，所有功率管均為高頻開關(guān)。 SPWM 調(diào)制的 工作原理是采用正弦控制信號 m 與高頻三角波載波 c 相交截，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號，再經(jīng)過邏輯變換、功率放大等，得到功率管的驅(qū)動信號， 控制 功率管 的 開通與關(guān)斷，從而在逆變器的輸出端得到正弦調(diào)制輸出。 外特性是衡量逆變器性能的一個重要指標(biāo)，逆變器的外特性越硬， 其 輸出電壓受負(fù)載的影響越小，即逆變器從空載到滿載過程 中輸出電壓的變化量越小 。 數(shù)字 PI控制策略框圖如圖 所示 ，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如圖 所示。 TMS320F2812主要有以下特點： ? 采用高性能的靜態(tài) CMOS技術(shù)，低功耗設(shè)計， Flash編程電壓為 ； ? 支持 JTAG邊界掃描接口； ? 高性能的 32 位 CPU， 16*16位和 32*32 位的乘法累加操作； 16*16位的雙乘法累加器，哈佛總線結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一尋址模式和高效的代碼轉(zhuǎn)換功能（支持 C/C++和匯編）； ? 128K*16位的 Flash存儲器和最多達(dá) 13K*16位的片上 SRAM； ? 三個外部中斷口，外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊支持 45個外設(shè)中斷，三個 CPU定時器； ? 128位保護(hù)密碼， 可以 防止系統(tǒng)固件被盜?。? ? 12位 2*8通道 ADC模塊，最快轉(zhuǎn)換周期 60ns； ? 高達(dá) 56個可配置 I/O引腳； ? 兩個強(qiáng)大的事件管理器（ EVA、 EVB）； ? 豐富的 串行外圍設(shè)備，包括 SPI， SCI， eCAN， McBSP等。 TMS320F2812是 TI公司推出的 32位定點數(shù)字信號處理器，處理速度可達(dá) 150MIPS。此外全橋逆變電路由于橋臂輸出電壓存在零電壓的續(xù)流狀態(tài)，可實 現(xiàn)倍頻，在較低的開關(guān)頻率下，可以獲得更好的諧波 控制 . 逆變系統(tǒng)主控制器選擇 隨著逆變器要求的不斷提高，傳統(tǒng)的模擬控制型正弦波逆變器由于其固有的缺點已漸漸不能滿足要求；同時，隨著各種高性能微處理器的出現(xiàn)，逆變器的全數(shù)字控制 已 成為現(xiàn)實。 2）全橋逆變器 全橋式逆變器需要用四個功率開關(guān)管， 其特點包括 ： ? 功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力為 Ud，適合用于高壓輸入場合； ? 輸出為兩態(tài) +1，－ 1或者三態(tài) +1， 0， 1，可 分別 實現(xiàn)雙極性和單極性調(diào)制； ? 必須設(shè)置死區(qū)時間，輸出電壓波形會發(fā)生畸變。 逆變器部分的主要功能 為 ：在功率電路方面，前一級直流電壓輸入經(jīng)過橋式逆變器成為高頻矩形脈沖形式的交流電壓，再經(jīng)過后一級的低通濾波器，成為光滑的 50Hz 正弦交流電輸出 .在控制電路方面，采樣電路采樣輸出電壓、電流信號，并通過調(diào)理電路，將 采樣 信號調(diào)理至數(shù)字控制部分的電平幅值范圍內(nèi)。 （ 4） 過流 、欠壓 故障排除后， 裝置 能自動恢復(fù)為正常狀態(tài) 。 2） 發(fā)揮部分 （ 1） 提高 DCAC變換器的效率，使 ? ≥8 0%（ RS=RL=30Ω 時 ） 。 （ 5） 具有輸 入 欠壓保護(hù)功能，動作電壓 Ud（ th） =（ 25177。 D CA CUdIdio 1uouR E F+RLuFuo 1濾波器控 制 電 路n1n2n3USRS+Tio 圖 2 系統(tǒng)指標(biāo) 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖如圖 所示 1）基本要求 （ 1）具有最大功率點跟蹤（ MPPT）功能： RS和 RL在給定范圍內(nèi)變化時， 使dS12UU?，相對 偏差的絕對值不大于 1%。逆變器控制采用混合脈寬調(diào)制（ HPWM）方式，很好地降低了開關(guān)損耗。整個系統(tǒng)的硬件部分 包括主電路、驅(qū)動電路、采樣調(diào)理電路和保護(hù)電路，以及數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件電路。基于 TMS320F2812 平臺的 逆變 器 軟件設(shè)計則包括雙閉環(huán)控制策略的數(shù)字 PI實現(xiàn)以及 SPWM 的數(shù)字生成和 ADC 的軟件校正等。 1系統(tǒng)的數(shù)字處理模塊采用了具有高處理速度、低功耗的芯片 TMS320F2812。 （ 2）具有 頻率跟蹤 功能 ： 當(dāng) fREF在給定范圍內(nèi)變化時，使 uF的頻率 fF=fREF，相對 偏差絕對值不大于 1%。 ） V。 （ 2）降低 輸出電壓失真度 ，使 THD≤ 1%（ RS=RL=30Ω 時 ） 。 （ 5） 其他。如 系統(tǒng) 出現(xiàn)過載或過流的情況，則產(chǎn)生保護(hù)信號，關(guān)閉 四路開關(guān)管的 驅(qū)動輸出。 半橋電路結(jié)構(gòu)簡單，但它 需要 外接正負(fù)直流 母線電壓，其幅值超過輸出電壓最大值的兩倍，器件電壓應(yīng)力大，直流電壓利用率低；橋臂只能輸出 +1和 1兩態(tài)電平，工作于雙極性調(diào)制方式，橋臂輸出波形諧波含量大，需要高的開關(guān)頻率和大的濾波器。為了能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制策略，提高系統(tǒng)抗干擾能力及可靠性，使產(chǎn)品具有優(yōu)良的一致性，方便產(chǎn)品 后續(xù) 升級 ， 逆變器采用全數(shù)字 的 控制方式。該處理器還集成了 128KB的 Flash存儲器和 128 位的密碼保護(hù)機(jī)制，大大改善了應(yīng)用的靈活性。 PID 控制以參數(shù)簡單 、 易整定等特點得到廣泛的 工程 應(yīng)用。外環(huán)采用輸出電壓瞬時值 uof直接反饋，與數(shù)字控制器程序內(nèi)的正弦表參考電壓 uref 比較，電壓調(diào)節(jié)器采用比例積分（ PI）調(diào)節(jié)，內(nèi)環(huán)采用輸出電感電流 if 的反饋信號與電壓調(diào)節(jié)器的輸出 ig進(jìn)行比較，采用比例（ P）調(diào)節(jié)。 面對雙環(huán)系統(tǒng)的外特性進(jìn)行 具體 分析。 由于三 角載波的頻率通常較高，理論上其輸 出 電壓波形的諧波頻率主要集中在較高的頻段上，所以經(jīng)過一級低通 濾波器就可以得到 較為 理想的正弦波輸出電壓。如圖 所示，每發(fā)生一次開關(guān)，逆 變橋的輸出電壓 UAB為正輸入電壓或負(fù)輸入電壓，從而在輸出電壓的半個周期內(nèi)， UAB 在 +Ud和 Ud電平之間切換，即 +1/1（或 1/+1）切換方式，整個輸出電壓周期內(nèi)得到兩態(tài) 的 輸出電壓波形。與雙極性 調(diào)制 相比， 其開關(guān)頻率在 “實效上 ”增加一 倍，同時，每次開關(guān)輸出電壓的變化從前者的 2Ud降低到 Ud，其輸出電壓波形的諧波頻譜會有所改善 ?；旌蠁螛O性 SPWM 調(diào)制技術(shù)（ Hybird PWM, HPWM） 即可以 滿足該要求。 HPWM方式的工作過程 為 ：在輸出電壓的正半周， S2/S4橋臂低頻互補(bǔ)， S4 常通， S2關(guān)斷；S1/S3橋臂高頻脈寬調(diào)制，互補(bǔ)開關(guān)。四只功率管的驅(qū)動信號及逆變橋輸出如圖 所示。 1）電壓、電流信號采樣 ? 電壓信號采樣：對電壓量的采樣選用電壓傳感器 LV28P，它的原邊與副邊是絕緣的，額定測量電壓為 500V，原邊額定電流為 10mA，原、副邊轉(zhuǎn)換率為 2500： 1000，具有出色的精度和線性度 、 抗外界干擾能力強(qiáng) 、 溫漂低 、 共模抑制比強(qiáng) 、 反應(yīng)時間快 、 頻帶寬 等特點 ，非常適用于逆變電源系統(tǒng)。它的額定測量電流達(dá) 100A，原副邊匝數(shù)比為 1： 2020。 圖 LV28P的電壓采樣電路 圖 HNC100LA的電流采樣電路 ? 電壓、電流信號調(diào)理：電壓信號調(diào)理電路如圖 所示。 ? 輸出電壓頻率捕獲：根據(jù)指標(biāo)要求，輸出交流電壓信號必須為標(biāo)準(zhǔn)的 50Hz正弦信號，因此需要采樣輸出電壓的頻率，以便有 效地監(jiān)控輸出電壓頻率。同時驅(qū)動電路還用來解決控制電路與主電路之間的隔離。由于穩(wěn)壓二極管 1N4733（ D11）及電容（ C3C39）的穩(wěn)壓作用， DRIVER11的電平始終保持為 +5V，當(dāng)光耦的輸入端 DRIVER1 為高電平時，DRIVER11 電平值約為 20V，此時加到開關(guān)管的電壓為 20V5V=15V，可以使 IGBT 有效的開通，當(dāng)光耦的輸入端 DRIVER1 為低電平時， DRIVER11 為 0V，此時加到開關(guān)管的 電壓為 05V=5V，為開關(guān)管提供負(fù)電壓，使之有效關(guān)斷。具體電路如圖 ，前一級對信號進(jìn)行衰減，然后通過二極管 峰值 檢波電路，取得信號的峰值，與相 應(yīng)的閾值比較，產(chǎn)生保護(hù)信號。為了實現(xiàn)上述章節(jié)對太陽能光伏發(fā)電逆變控制策略的復(fù)雜算 法，我們采用最高運(yùn)行速度達(dá) 150MIPS 的具有強(qiáng)大運(yùn)算能力的 數(shù)字信號處理器 TMS320F2812 作為主控制芯片，設(shè)計了一套基于 數(shù)字控制 技術(shù)的太陽能光伏發(fā)電逆變控制器。 本課題的逆變器控制器的數(shù)字部分框圖如圖 。外部時鐘經(jīng)過 TMS320F2812內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生諧振后經(jīng)過 PLL鎖相環(huán)的倍頻和分頻后為處理器內(nèi)核和所有片上外設(shè)提供運(yùn)行時鐘。 TMS320F2812要求 + +有上電順序，必須是 I/O先上電，然后 再上電芯片 內(nèi)核。 圖 控制器的電源電路 2） JTAG調(diào)試接口 所有的 TI 公司 F28XX 系列 DSP均采用 ，由五根標(biāo)準(zhǔn) JTAG信號線（ nTRST， TCK， TMS， TDI， TDO）及兩根 TI 公司自定義的擴(kuò)展調(diào)試信號線（ EMU0， EMU1）組成。由于內(nèi)部下拉較弱，在惡劣的環(huán)境下，易受到干擾而無法進(jìn)入硬件仿真模式，因此應(yīng)該在硬件設(shè)計時外加 ，以保證硬件仿真能夠正常的進(jìn)行。 ADC模塊接線如圖 。實驗證明，在外部參考比較精確的情況下，外部參考接法能使采樣的結(jié)果更為準(zhǔn)確，但由于需要額外的電路來產(chǎn)生兩路參考電壓，本文采用誤差修正法來保 證ADC采樣的精確度； 圖 ADC模塊接接電路圖 1 23 45 67 89 1011 1213 14JTAGJTAGTMSTDInTRSTTDOTCK+EMU0 EMU1C51DGNDDGND+R28R29R27TDO TDIC49C50DGND? 本課題中，待采集模擬量均經(jīng)過高精度運(yùn)放后輸入到 ADC，運(yùn)放的高輸入、低輸出電阻能有效減少級間影響，提高采樣性能； ? 在放大器和輸入模擬通道之間增加二極管箝位電路，避免采樣尖峰對 ADC 模塊的 破壞 。 每個定時器各帶一個比較邏輯單元，可輸出兩對不包含死區(qū)單元的 PWM脈沖。 ? 兩個正交編碼脈沖單元，可直接連接光電編碼器電路，實現(xiàn)鑒相和倍頻功能，該功能模塊在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。這樣可以在調(diào)試階段將代碼下載到 SRAM里運(yùn)行，以免出現(xiàn)內(nèi)部 SRAM不夠大 影響調(diào)試進(jìn)行 的問題，也可以避免頻繁燒寫 FLASH而 對芯片壽命造成的影響。濾波時間常數(shù)越大，不僅 造成 濾波電路的體積和重量過大，而且濾波電路引起的相位滯后 也越 大，采用閉環(huán)電壓反饋控制時，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性 就 越差。 本設(shè)計中輸出交流電壓的頻率為0f為 50Hz，逆變器的開關(guān)頻率為 25KHz，濾波器的轉(zhuǎn)折頻率一般取為 (5～ 10) 0f，輸出濾波電容fC用來濾除輸出電壓0u的高次諧波。這里取 N=10，綜合電感體積等因素，確定電感fL值約為 2mH。因此必須對硬件電路采用如下的抗干擾措施： ? JTAG、 SRAM等在布局時應(yīng)靠近 DSC芯片，使關(guān)鍵信號線、數(shù)據(jù)線及地址線長短盡量一致。 主程序的 初始化模塊中 對 TMS320F2812 各種模塊及其周圍 相關(guān)硬件 進(jìn)行初始化 ，以保證它們能正常工作。 ? 中斷向量初始化：打開指定模塊（ EVA）的中斷功能。 中斷服務(wù)程序的主要功能包括采樣輸出電壓、與參考值作比較、誤差的 PI調(diào)節(jié) 、 與三角波交截，產(chǎn)生 SPWM脈沖等，其流程圖如圖 。 、 由于逆變器控制策略是通過中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)的，系統(tǒng)對中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間有嚴(yán)格的要求，因此為了縮短中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間，與擴(kuò)展功能處理器的串行通信是由主程序輪循采樣標(biāo)志位以實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送的。 系統(tǒng)初始化外設(shè)初始化中斷初始化開中斷啟動 EV A及 A / D開始EV A上溢中斷讀取各路采樣值EV A中斷返回采樣值超限關(guān)閉PWM 輸出調(diào)用 PI 運(yùn)算生成 SPWMYN采樣值更新標(biāo)志置位 ?讀取正弦參考電壓值調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序并清除標(biāo)志位NY設(shè)置采樣值更新標(biāo)志位 圖 逆變器軟件流程圖 數(shù)字 PI 控制實現(xiàn) 設(shè)計中采用數(shù)字 PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行同頻同相的跟蹤控制。 ?