【文章內容簡介】 電壓、電流、溫度、絕緣性能等方面的具體指標要求，我們設計了此電路。逆變電路的控制系統(tǒng)如圖 6 所示，邏輯控制電路 ,檢測電路 ,保護電路 ,顯示電路 ,通訊接口電路 等電路以TMS320LF2407 數字信號處理器為核心來達到對逆變電路實現數字控制的目標]3[ 。 圖 6 控制系統(tǒng)結構圖 逆變控制系統(tǒng)的硬件架構 電平轉換電路 圖 6 電平轉換電路 TMS320LF2407 的管腳電平是 ,但 AD、 D/A、與計算機的接口管腳電平都是 5V。 為了不讓 DSP 損壞或者出現工 作異常， 在 與 AD、 D/A、與計算機的接口管100μ F 100μ F 530Ω F F F F F F F Vin Vout GND 9 腳電平都是 5V的 器件 連接時 應 先 作電平轉換 。 所以我們需要一個電平轉換電路，如圖 6所示 。 時鐘電路 在選擇時鐘電路時我們需要考慮 逆變電路 工作的頻率，信號電平，時鐘的沿特性，驅動能力， 晶振的有源或者無源。 TMS320LF2407XIN芯片 提供了兩個時鐘引腳 XTAL1/CLKIN 和 XTAL2。 其中 XTAL1/CLKIN 是 PLL 振蕩器輸入引腳 。XTALZ是晶振 、 PLL 振蕩器輸出引腳 。 如圖 8 所示 ，是兩個經典的時鐘電路。 圖 7 外部振蕩器時鐘電路 圖 8 片內振蕩器時鐘電路 圖 9 外部濾波環(huán)節(jié) 圖 7 是 外部振蕩器時鐘電路 ,為 DPS 產生并提供時鐘的是 外部 時鐘頻率為10MHz 的 有源晶體振蕩器 ,并且其 供電電源為 。 因此 ,時鐘輸入端 XTALI 可以直接與 震蕩器的輸出端 的相連 接 ,使 DSP的 XTALZ 腳懸空 。 圖 8是 片內振蕩器時鐘電路 ,它是通過在 TMS320LF2407的兩個引腳之間連接一個 10MHz 的石英晶體 ，來達到提供時鐘的功能 ,因為 DSP 的工作頻率是 40M，使得內部鎖相環(huán)最大可以達到 4 倍頻率。這樣做的好處是 外部只需要使用 較低頻率的晶振 ,避免 了 外部電路干擾時鐘 ,同時也避免了高頻時鐘干擾板上其他電路 。這對整個電路的電磁兼容性都是有好處的。 圖中兩個電容 取 20PF。 如圖 9所示 。 圖中右側部分為 TMS320LF2407 的 PLL 模塊 。為了使干擾影響10Ω F F 10 和信號抖動最小，可以使用 外部濾波器回路來抑制電磁干擾和信號的抖動 。因為太陽能電池逆變電路 的設計 使用 的是 10M 晶振 , uFCuFCR ,10 211 ??? Ω 復位電路 復位電路的功能是把電路回復到初始狀態(tài)，類似于計算器上面的清零按鈕]5[ 。一般在實際的工作生產中，有兩種復位。一種是上電復位， 它的工作原理是當給電路上電時， C14 開始充電， R13 出現電壓，使得單片機復位，當 C 充滿之后，電阻兩端的電壓降為 0， 也沒有電流流過電阻 ，這個時候單片機開始工作。一種是工作中的復位 ，當電路處在工作中的時候，按下 S1， C開始放電，在電阻上又出現電壓，也產生電流從而讓單片機復位。松開 S1， C開始充電，當充滿之后，電阻 兩端 電壓降為 0， 電阻沒有電流通過， 單片機就進入了工作狀態(tài)。 如圖10所示 。 圖 10 復位電路 SCI 接口電路 通訊電路可以把電路中的各種參數在進過處理后變?yōu)閿底中盘枏亩梢灾苯拥脑?LCD 顯示屏上顯示，這更加有利于對工作電路的運行狀態(tài)的了解。 TMS320LF2407 自身 攜帶的 SCI(串行通信接口 )模塊 有兩個外部引腳 SCIRXD和 SCITXD， 引腳 SCIRXD 用于接收 數據， 引腳 SCITXD 用于發(fā)送數據 ]6[ 。 太陽能電池逆變電路 采用 串行通信接口標準 RS232 通訊協(xié)議 來 實現 TMS320LF2407 和MAX232 的通訊 。 RS232 有兩種型態(tài)， DB9 或是 DB25。 太陽 能電池逆變電路 的設計 采用的 是 DB9。 RS232 對邏輯電平的規(guī)定是 當信號無效時 的電平是 3～ 15V,信號有效時 的電平是 +3～ +15V, 由于 TMS320LF2407 采用 供電 ]7[ ， 因 而 在使用 過程 中 會 有一個電平轉換的問題 。 所以在 MAX232 和 TMS320LF2407 之間加了TI公司提供的典型電平匹配電路 ,整個接口電路 更加精簡 、 穩(wěn)定 性 更 高 。 如圖 11330Ω R18 20KΩ F C14 C13 RS 11 所示。 圖 11 SCI 接口電路 采樣及信號調理電路 為了實現系統(tǒng)數字閉環(huán)控制，需要對信號電源的輸出電壓進行采樣。 通過VSM025A 霍爾式電壓傳感器 得到一個交流信號，因為 AD 轉換器的輸入信號必須是 0～ 的信號，所以要把通過電壓傳感器獲得的交流信號在經過調理電路后變?yōu)?DSP 的 AD 轉換器可以接收的直流信號 ]8[ 。 采樣調理電路如圖 14 所示 。 圖 12 電壓采樣調理電路 設電壓傳感器的輸出電壓 Vsout,調理電路的輸出電壓為 VADC,從圖 12 有 : VADC=(Vsout+VD)/2=+Vsout/2 （ 2） 由公式（ 2）可見， 為了 滿足輸入到 AD 口的直流信號在 0～ 之間， 電壓傳感器的輸出電壓幅值 必須 在 ～ 。 R11 10kΩ 1μ F 1μ F R12 R23 22KΩ C25 1μ F 1μ F 10KΩ 270Ω R14 R15 R15 R11 1kΩ R12 1kΩ 12 驅動電路 因為 DSP 控制單元輸出的 PWM 電壓 信號 遠遠不夠開啟 IGBT（ 絕緣柵 雙極型晶體管 ） ,并且 DSP 控制單元的 輸出電流也無法驅動功率管 。 所以必須在經過驅動電路處理過后 把信號放大到能夠驅動 IGBT。按照安全規(guī)程，控制電路和主電路之間要加強絕緣，所以驅動電路要采取隔離措施 ]9[ 。 本系統(tǒng)采用 的 光 耦 隔離驅動電路 可實現主電路和控制電路之間的信號連接 ,并且使主電路和控制電路之間電氣隔離 。 如圖 13所示 。 圖 13 光 耦 隔離驅動電路 保護電路 鑒于在 數字控制的信號電源 會存在一些不穩(wěn)定因素可能導致輸出過壓而對負載造成損壞 ,需要添加 過壓保護系統(tǒng) 來防止此類不穩(wěn)定因素對電路效果的影響 。 過壓保護可以使用硬件保護，也可以使用軟件保護。硬件保護能在過壓 的瞬間馬上關斷 功率管。而軟件因為程序相應需要一定的時間，會有一定的延時。所以為了安全起見， 要以 硬件保護電路 為主，軟件電路為輔 。 太陽能電池逆變電路的設計 的 過壓 保護電路如圖 14所示 。 100Ω 80Ω 20Ω 3kΩ 1μ F C1 13 圖 14 過壓保護電路 因為信號電源的輸出電壓 為交流電 ,過壓可能是正過壓，也可能是負過壓。因為有兩種情況，所以需要兩個比較器，一個將 信號電源 輸出電壓和正的過壓限定值進行比較，一個將 信號電源 輸出電壓和負的過壓限定值進行比較。當輸出電壓不在負的過壓限定值和正的過壓限定值之間時， 就會給 DSP 一個輸出信號 ，在輸出信號的驅動下，硬件會立即將 事件管理器的輸出置為高阻態(tài) ，封鎖 PWM 信號的輸出。從而實現對電路的保護。 逆變電路 的抗干擾設計 因為 高頻 PWM 會 產生 非常嚴重 的電磁干擾 ， 會影響 檢測和控制電路 的檢測精度和控制的準度 ]10[ 。 為了 高頻 PWM 產生 的強電磁干擾不影響到以 DSP 為核心的數字 檢測和控制 電路 ,采取了以下措施來減小干擾產生的影響。 (l)從源頭上控制，提 高電源的精密度，使其輸出控制電壓盡可能穩(wěn)定 ； (2)把 DSP 芯片的電源上與 一個 的電容 并聯(lián) 會有效降低干擾 。 (3)使電路在電路板上布局合理，盡量降低電路之間的互相干擾 。 (4)在 DSP芯片的功率保護引腳 PDPlNT上并接 10nF的電容 ,防止因受干擾使得保護誤動作而封閉 PWM輸出 。 (5)盡量減小主電路的接線量， 這樣環(huán)線面積也會隨著減小 ，線路 中 漏感的影響也會降低 。 1μ F 1μ F C1 C2 R3 R4 1kΩ 1kΩ 1μ F 1μ F 10KΩ 10KΩ C3 C4 R1 R2 14 3 逆變電路 軟件 設計 DSP 系統(tǒng)軟件設計 為了讓逆變系統(tǒng)的控制 策略的選擇與復用 更加方便，采用 控制算法軟件化 方法滿足需 求 。 在實際的應用中，需要對下位機的狀態(tài)能夠實時掌握，并且可以對程序實時調試，這就要 求 DSP 芯片能把處理的信息實時傳輸給上位機 ， 在上位機獲取信息后能在上位機進行簡單的控制。 而單靠硬件電路是不能實現這些目標的，還需要進行相應的軟件設計。 在應用中， 電路中的參數會隨時變化 ， 那么為了逆變電路能過穩(wěn)定的輸出，相應的要對參數做出修改和調整。 通過串行通信實現上位機和下位機之間的即時通訊，就可以 通過上位機軟件和 DSP 控制軟件 對相關參數進行修改。 圖 15 DSP 系統(tǒng)軟件框圖 對 逆變系統(tǒng)的控制電路 的核心 DSP 來說， 它要對 接收到的數據進行大量的運算和處理工作，還 要對控制電路各個環(huán)節(jié)的工作進行管理協(xié)調和監(jiān)督 ]11[ 。控制系統(tǒng)的任務包括 系統(tǒng)初始化 ，根據上位機的指令對各個參數進行更新， 實時更新數據在液晶顯示，在線計算正弦函數值，對 DSP 軟件保護等諸多任務 ]12[ 。 龐大的任務量 ， 逆變電路中的狀態(tài)信息 變化很快，系統(tǒng)對快速性要求又極高。為了能夠及時控制被控制量，應該盡量縮短系統(tǒng)的采樣周期。在設計過程中，要安排好各種模塊的結構和相互間的時序配合，以及中斷的優(yōu)先級設置，從而滿足系統(tǒng)的實時性要求。 接收模塊 發(fā)送模塊 系統(tǒng)初始化模塊 等待中 斷 外部模塊中斷 輸出電流采樣 更新顯示模塊 SPWM 運算器 重復控制器 定時器中斷 串行中斷模塊 輸出電壓采樣 15 系統(tǒng)軟件設計流程圖 初始化模塊 如圖 16 所示 。 通過流程圖實現系統(tǒng) 初始化各個變量參數和控制寄存器，也檢驗是否通過 R232 和上位機握手成功。 圖 16 系統(tǒng)初始化 定時器中斷服務模塊 為了實現系統(tǒng)的重復控制，需要采集電壓反饋信號， 定 時器的中斷服務模塊可以 通過 芯片 內 AD 轉換器采樣 得到電壓反饋信號 ,上位機與 定時器中斷服務模塊 保持 通信 ,以 保證 重復控制器運行參數 及時更新和修正 ]13[ 。再 通過重復控制 器得到相應的控制量 ,對 PWM脈寬的調制 進行控制 。 流程控制如圖 17所示 。 Y N 復位 禁止看門狗 設置時鐘模塊 設置事件管理 設置通訊模塊 握手成功？ 設置 AD 模塊 設置 I/O 模塊 開中斷 初始化變量 中斷寄存器設置 主程序循環(huán) 16 圖 17 定時器中斷服務子程序 SPWM 信號的產生 事件管理模塊 事件管理模塊 包括通用定時器 (GP)、 比較單元 、 捕獲單元以及正交編碼脈沖電路 。 每個 240x 器件都 有 兩個事件管理模塊 EVA和 EVB， EVA 和 EVB功能相同只是定時器和單元名稱不同 ]14[ 。 基準正弦波發(fā)生 , 三角波生成及正弦脈寬調制波SPWM 產生 就由事件管理模塊來實現。 三角波載波的生成 三角波載波的生成步驟：首先通過事件管理模塊給定時器 賦初值 ，然后給定時器周期寄存器賦值，再設置定時器技術方式為連續(xù)計數方式 ]15[ 。 三角波周期 ， 定時器周期寄存器的值， DSP 指令周期 之間的