【文章內(nèi)容簡介】 。n 輸出電壓頻率捕獲：根據(jù)指標(biāo)要求，輸出交流電壓信號(hào)必須為標(biāo)準(zhǔn)的50Hz正弦信號(hào)，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。前一級(jí)運(yùn)放對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行衰減，衰減后的信號(hào)通過后一級(jí)的過零比較器，得到相應(yīng)的頻率捕獲信號(hào)，并將信號(hào)送入TMS320F2812的捕獲引腳。 信號(hào)調(diào)理電路 輸出電壓頻率捕獲電路1）驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的作用是將控制電路輸出的PWM脈沖放大到足以驅(qū)動(dòng)功率管，所以單從原理上來說，驅(qū)動(dòng)電路主要起開關(guān)功率放大作用，即脈沖放大器。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路還用來解決控制電路與主電路之間的隔離。一般采用光電耦合器來實(shí)現(xiàn)隔離。本文采用光耦芯片HCPL3120A進(jìn)行隔離，它除具有電氣隔離的功能外，內(nèi)部還帶有圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路，最小峰值驅(qū)動(dòng)電流達(dá)2A，能夠直接實(shí)現(xiàn)隔離驅(qū)動(dòng)。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(shí)，DRIVER11電平值約為20V，此時(shí)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(shí)，DRIVER11為0V，此時(shí)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。全橋逆變器的四個(gè)IGBT均采用如下圖所示的驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)相互隔離的四路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。2）硬件保護(hù)電路硬件保護(hù)電路是交直流電源的重要組成部分，本逆變器系統(tǒng)主要由輸入過壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)組成。其基本原理類似，都是通過上述的采樣電路采樣相應(yīng)的信號(hào)量，在進(jìn)行幅值上的衰減后與設(shè)定的閾值比較，超過此電壓閾值就保護(hù)。，前一級(jí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，然后通過二極管峰值檢波電路，取得信號(hào)的峰值，與相應(yīng)的閾值比較，產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)。為了使系統(tǒng)安全運(yùn)行，產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)后，應(yīng)立即鎖存該信號(hào)，同時(shí)關(guān)斷全橋逆變器的四個(gè)IGBT管。產(chǎn)生最終保護(hù)鎖存信號(hào)，通過邏輯門，關(guān)閉上述驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而使全橋逆變器的四個(gè)IGBT有效關(guān)斷。 輸出電流保護(hù)電路 保護(hù)信號(hào)鎖存電路 數(shù)字控制部分硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)字控制部分是逆變器的核心，是實(shí)現(xiàn)逆變器控制策略的關(guān)鍵裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述章節(jié)對(duì)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(hào)處理器TMS320F2812作為主控制芯片，設(shè)計(jì)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。其工作原理可概括為：采樣輸出電壓量，電感電流量，根據(jù)該采樣值進(jìn)行雙閉環(huán)控制的PID策略，計(jì)算并輸出四路SPWM信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)IGBT的開通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)逆變控制功能。同時(shí)系統(tǒng)還具備與數(shù)據(jù)通信功能。以下將詳細(xì)介紹數(shù)字控制部分的硬件電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)包括了電源電路、JTAG調(diào)試接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、A/D采樣前端電路、PWM輸出電路、SCI通信接口電路、SPI通信接口電路、SRAM電路等。以下將詳細(xì)介紹各部分硬件電路的設(shè)計(jì)。 逆變器控制器的數(shù)字部分框圖1）時(shí)鐘及電源電路為了給TMS320F2812提供精確而且穩(wěn)定的時(shí)鐘，減少由于外界環(huán)境的影響而造成的晶振不穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)采用30M有源晶振作為外部時(shí)鐘。外部時(shí)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(shí)鐘。TMS320F2812總共需要三種類型的電源，分別為：+，+，+（，當(dāng)主頻達(dá)150M時(shí)，）及兩種類型的地：AGND，DGND。TI公司的電源管理芯片TPS70351為TI公司的 DSP提供完整的單芯片電源管理，能提供雙電壓輸出，同時(shí)可以通過引腳電平確定雙電壓輸出的先后次序，而且還可以為DSP提供有效的復(fù)位信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用該芯片為系統(tǒng)提供有效的電源管理。TMS320F2812要求++，必須是I/O先上電，然后再上電芯片內(nèi)核。這樣可以在內(nèi)核啟動(dòng)前確定I/O的狀態(tài)，以便啟動(dòng)時(shí)根據(jù)GPIO的狀態(tài)跳到相應(yīng)的地方執(zhí)行相應(yīng)的代碼。因此應(yīng)該將TPS70351的SEQ引腳置零。為了節(jié)省成本考慮，本系統(tǒng)中將++。 控制器的電源電路2）JTAG調(diào)試接口，由五根標(biāo)準(zhǔn)JTAG信號(hào)線（nTRST，TCK，TMS，TDI，TDO）及兩根TI公司自定義的擴(kuò)展調(diào)試信號(hào)線（EMU0，EMU1）組成。 JTAG電路其中TDO，EMU0，EMU1的驅(qū)動(dòng)電流為8mA。nTRST引腳內(nèi)部下拉，當(dāng)拉高時(shí)，可以進(jìn)行硬件仿真。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，以保證硬件仿真能夠正常的進(jìn)行。與nTRST類似，EMU0，EMU1應(yīng)該加上拉電阻，同時(shí)在這幾根重要的信號(hào)線加旁路電容，以減少噪聲干擾。3）ADC模塊電路設(shè)計(jì)TMS320F2812內(nèi)部的 ADC模塊是一個(gè)12位帶流水線的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的模擬電路包括前向模擬多路復(fù)用開關(guān)（MUXs）、采樣/保持（S/H）電路、A/D變換內(nèi)核、電壓參考以及其他模擬輔助電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字電路包括可編程轉(zhuǎn)換序列器、結(jié)果寄存器、與模擬電路的接口、與芯片外設(shè)總線的接口以及其他片上模塊的接口。ADC模塊在電路連接時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：n 輸入的模擬電壓相對(duì)于ADCLO引腳的電平應(yīng)該在03V范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)把ADCLO引腳連接到電路板的“模擬地”，這樣，輸入模擬電壓范圍就限制在03V；n ADCRESEXT引腳的接地電阻值若為20KΩ，；，本文選用后者；n ADCREFP和ADCREFM為ADC的參考電壓，可選擇外部或內(nèi)部參考電壓。若選為外部參考電壓，要求ADCREFP輸入為2V（誤差1%），ADCREFM輸入電壓為1V（誤差1%）。本文接法是內(nèi)部參考基準(zhǔn)接法。實(shí)驗(yàn)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； ADC模塊接接電路圖 ADC輸入通道電路 EV模塊的PWM輸出電路n 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(jí)間影響，提高采樣性能；n 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(duì)ADC模塊的破壞。同時(shí)，在模擬輸入通道之前加入RC低通濾波器，以濾除信號(hào)中夾雜的高頻噪聲。4）EV模塊電路設(shè)計(jì)EV模塊兩個(gè)事件管理器模塊（EVA和EVB）組成，每個(gè)模塊包括以下功能：n 兩個(gè)16位通用定時(shí)器，是數(shù)字控制所必須的基本單元，主要有兩個(gè)功能：一是作為常規(guī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器使用，二是為PWM模塊、捕獲單元等提供合適的時(shí)基。每個(gè)定時(shí)器各帶一個(gè)比較邏輯單元，可輸出兩對(duì)不包含死區(qū)單元的PWM脈沖。n 三個(gè)比較器，可輸出3對(duì)獨(dú)立的PWM脈沖，并可以控制死區(qū)時(shí)間。兩個(gè)時(shí)間管理器模塊可以輸出12路PWM脈沖，可通過外部引腳低電平快速封鎖PWM脈沖信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)故障、過欠壓等保護(hù)功能。n 三個(gè)捕獲單元，用以捕獲事先規(guī)定好的事件之間的時(shí)間差，通過軟件設(shè)置規(guī)定其上升沿或下降沿出發(fā)，可以用來檢測(cè)系統(tǒng)輸出電壓頻率，進(jìn)行過、欠頻保護(hù)。n 兩個(gè)正交編碼脈沖單元，可直接連接光電編碼器電路，實(shí)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。TMS320F2812的PWM輸出范圍為0~+，且驅(qū)動(dòng)能力有限，必須加緩沖電路加大它的驅(qū)動(dòng)能力，本課題使用74HC245作為緩沖電路，同時(shí)在TMS320F2812輸出端加下拉電阻，以確保系統(tǒng)在復(fù)位時(shí)驅(qū)動(dòng)輸出為低電平，防止意外的發(fā)生。5） SRAM設(shè)計(jì)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)一般將代碼下載到TMS320F2812的內(nèi)部SRAM里運(yùn)行，但TMS320F2812的內(nèi)部SRAM只有36KB，為了保證在線調(diào)試的順利進(jìn)行，本系統(tǒng)外擴(kuò)了256K*16bit的SRAM：IS61LV25616，通過總線的形式將使它與TMS320F2812相連，同時(shí)由TMS320F2812的ZONE6/7的片選信號(hào)線nXZCS6AND7進(jìn)行片選。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(duì)芯片壽命造成的影響。同時(shí)在脫機(jī)運(yùn)行情況下，也可以增加數(shù)據(jù)處理能力。： SRAM 電路 輸出低通濾波器電路設(shè)計(jì)逆變器輸出低通濾波器用來濾除逆變器全橋輸出SPWM波中的諧波分量。濾波參數(shù)的選擇必須適當(dāng)。濾波時(shí)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(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越差。反之，濾波參數(shù)選得過小，系統(tǒng)中的高頻分量便得不到很好的抑制，輸出電壓不能滿足波形失真度的要求。因此，選擇濾波器參數(shù)時(shí)要綜合考慮這兩方面的因素。本課題的輸出低通濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下要求：n 滿足系統(tǒng)要求的輸出波形失真度指標(biāo)；n 減小系統(tǒng)的無功電流容量，避免由于逆變器功率管的通態(tài)損耗增加，而降低整機(jī)的效率；n 減小逆變器的輸出阻抗，提高輸出電壓的精度；n 限制負(fù)載短路時(shí)的電流上升率；n 盡量提高濾波器的諧振頻率，使濾波器的體積、重量較小。本設(shè)計(jì)中輸出交流電