【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)。具體電路如圖 ，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，保護(hù)信號(hào)鎖存電路如圖 。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。 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 圖 輸出電流保護(hù)電路 圖 保護(hù) 電路 圖 保護(hù)信號(hào)鎖存電路 D41N4148C331uFR52 10k15VC35C27R5010kV_PRO2376 5184U9LM311VIF輸入電壓保護(hù)信號(hào)V_REFR5110kR4910kR411k56748U5BLF353R4210k+15VD3LED0+15VGND7VCC14123U7ACD4011VCC14GND7121311U7DCD4011R46820R33C26100pF+15VR48+15VC3410uF+15VI_PROV_PROC25保護(hù)信號(hào)鎖存VCC14GND7564U7BCD4011GND7VCC148910U7CCD4011PROR3710k+15VR3610k+15V+15V+15V+15VD21LED0R7210K路設(shè)計(jì)。 本課題的逆變器控制器的數(shù)字部分框圖如圖 。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)。 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： +， +， +（ 只能使主頻達(dá)到 135M，當(dāng)主頻達(dá) 150M時(shí)，需要 ）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， 其電路如圖 。 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。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 + + AGND和 DGND通過磁珠相連。 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(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。其設(shè)計(jì)電 路圖 。 圖 逆變器控制器的數(shù)字部分框圖 +5VDRST SWGND/HS1VIN12VIN13MR16MR25EN7SEQ8GND9VIN211VIN210NC17VOUT214VOUT215VSENSE2/FB216RESET18PG119VSENSE1/FB121VOUT122VOUT123NC20GND/HS12NC4GND/HS13GND/HS24U2TPS70351HEATSINK HEATSINKHEATSINK HEATSINKC33PGPGDGNDC45DGND+R24 250KR25 250KR2610KPOWERLED++DGND+C34C35C36C37+C3822uDGND+C40C41C42C43+C4447uDGNDL11uHDGNDAGNDnXRSR2210KnMR1nMR1L21uH+ +TMS 320 F 2812晶振電源復(fù)位電路JTAGA / D 采樣前端電路PW M輸出電路SPI通信接口SCI通信接口外擴(kuò)SRAM 圖 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，因此應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)時(shí)外加 ，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，阻值選擇范圍為 ，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模塊接線如圖 。 ADC模塊在電路連接時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： ? 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； ? ADCRESEXT 引腳的接地電阻值若為 20KΩ ，則 ADC 的時(shí)鐘頻率可配置在 ；若為 ，則時(shí)鐘頻率可配置在 ，本文選用后者； ? 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； 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(jí)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(duì) ADC 模塊的 破壞 。如圖 所示。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： ? 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。 ? 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。 ? 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)。 ? 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。 EV模擬的電路圖如圖 。 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。 圖 ADC輸入通道電路 圖 EV模塊的 PWM輸出電路 R1100D11N4148D31N4148ADA0+AGND AGNDAD_VREF ADCINA0C15PWM1PWM2PWM4PWM5PWM6PWM3PWM_01PWM_02PWM_03PWM_04PWM_05PWM_06C4612345678 910111213141516RP1RPDGNDDIR1A12A23A34A45A56A67A78A89GND10B811B712B613B514B415B316B217B118OE19VCC20U374HC245+5VD+5VDDGNDDGNDDGND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。電路圖如 圖 ： 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： ? 滿足 系統(tǒng) 要求的輸出波形失真度指標(biāo)； ? 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； ? 減小逆變器的輸出阻抗，提高輸出電壓的精度； ? 限制負(fù)載