【正文】 U9構成電平極性轉換級，把雙極性信號按比例轉換成單極性信號。由于上述方法在雙極性信號轉換成單極性信號的過程中給測量帶來一定的誤差和干擾會影響被測信號的精度，且電路和信號關系轉換復雜，不宜采用。單電源+2. 5V供電，直接將被測雙極性信號轉換成單極性信號，無需另加電平轉換電路，這使得采樣電路簡單且干擾小。)，響應時間小于400ns ( 90% vonIPN) ,且對不同的連接方法可選擇三種不同的原邊額定電流，對應三種副邊輸出電壓。輸出電壓與輸入電流的關系為:；則:。由于交流電流中含有高次諧波，為了得到精度高和干擾小的采樣信號，需經調理后再送入DSP。序號原邊額定電流副邊輸出電壓原邊線圈電阻原邊線圈電感123 交流輸入電壓信號作為同步信號，由于從電網輸入的電壓信號往往不是純正弦波，為此，必須對其進行濾波才能準確檢測電網輸入電壓的相位。運放MAX4351(IC3A)及外圍阻容網絡組成二階低通濾波器。MAX4351(IC3B)及其外圍阻容網絡組成二階高通濾波器。結果經兩次濾波后，不但濾去了諧波，波形接近正弦，而且沒有相位移。如果MAX4351(IC4A)輸入端為高電平則反向后輸出端就是低電平，Tas1端開路，相當于低電平，反之，輸入低電平，則Tasl產生高電平。 LV25200是LEM生產的內置原邊電阻的閉環(huán)電壓傳感器。原邊額定電壓UPN為200V,測量范圍VP為:0 ～；副邊額定電流為25mA，轉換比KN為200V/25mA；總體精度是(TA=250C) ,響應時間15 u s ( 90% of Vpmax)。 AC電源電壓采樣電路本文選擇15V電源供電，被測AC電源電壓為220V，則對應的副邊輸出電流值為:Is=(110/200)25mA= mA。采樣電路如圖410所示。 交流側電壓電流相位頻率測量電路功率模塊IPM不僅把功率開關器件和驅動電路集成在一起，而且也集成了過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，如果IPM中有一種保護電路動作，IGBT柵驅動單元就會關斷并輸出一個故障信號FO，并將檢測信號送到CPU。即使發(fā)生負載事故或使用不當，也可以保證IPM自身不受損壞。 從經濟性、可靠性以及整個系統(tǒng)設計簡單性考慮，本設計選用三菱公司的智能功率模塊PM200CLA120，其額定為75A/1200V，電源容量為20kW/220VAc，具有以下特點:(1)三相AC變頻輸出電路搭載三菱最新一代平面型IGBT，實現更低損耗。(需要自舉電容，二極管等)(3)內置IGBT驅動電路，過載保護，控制電源欠壓保護功能。(5)輸入接口電路采用高電平驅動邏輯，消除了舊產品低電平驅動方式對電源投入和切斷時的時序要求，增強了模塊自保護能力。，PWM信號通過光耦進入IPM 。PWM信號隔離光禍采用東芝公司的高速光禍TLP559，該光耦速度可達1 MB/S，可滿足設計的要求。在上下臂信號輸入端， (最小值)的下拉電阻。為了最大程度上濾除浪涌電壓，緩沖電容一般安裝在圖中②位置上，但是緩沖電容的充放電電流(配線自感和緩沖電容的諧振電流)會在旁路電阻上流動，當配線自感很大時，有可能產生由充放電電流過大而引起短路保護的誤動作現象。 DIPIPM緩沖電路框圖第五章 基于DSP的空間電壓矢量脈寬調制的實現空間電壓矢量脈寬調制(SVPWM)是從三相交流電動機的角度出發(fā)，三相交流電動機矢量控制的思路是:用坐標變換將三相靜止坐標系變?yōu)閮上嘈D坐標系來進行解耦，以速度調節(jié)為外環(huán)，電流調節(jié)為內環(huán)，通過控制電流來調節(jié)速度；而三相PWM整流器是通過控制電流來調節(jié)電壓，因而可以采用電機矢量控制的思路，形成電壓空間矢量PWM技術。，SVPWM控制具有較低的開關頻率，且平均降低約30，有效地降低了功率開關管的開關損耗。 全數字控制系統(tǒng)框圖（1） a 坐標系的數學模型 采用數學意義上的空間坐標系變換概念，ABC坐標系下的三相系統(tǒng)可以變換成a兩相坐標系中。變換矩陣和為:= （）則在坐標系下，系統(tǒng)的數學模型為: （）（2） 坐標系下系統(tǒng)數學模型從a坐標系變換到兩相旋轉坐標系下的變換矩陣為:= （）從坐標系變換到坐a坐標系下的變換矩陣為:= ()由此可推導出旋轉坐標系的數學模型為: （）:從上式看出，此時仍然存在耦合，采用交流調速系統(tǒng)中的電壓前饋控制思想來實現三相電壓型PWM整流器的電流解耦控制，取新的變量，并且有 （）: （）式( )通過在電流調節(jié)器的輸出加了一級前饋補償環(huán)節(jié)，就可以將單獨控制，實現完全意義上的解耦。而在實際控制中，當電壓環(huán)采樣頻率遠高于電網電壓頻率時，和；的誤差對調節(jié)器的影響很小，因此可以不考慮這兩項。根據瞬時無功功率理論，可以得到: 也就是說，在坐標系下，輸入電流矢量和電壓矢量同相位，那么轉化到ABC坐標系下，三相輸入電壓也就分別和三相輸入電流同相位，功率因數為1。規(guī)定每個橋臂上開關導通時為“1，下開關導通時為“0，則每個橋臂有“0”和“1”兩種工作狀態(tài)，三組橋臂共有種不同的開關組合，如圖所示:SVPWM技術就是用基本的空間矢量逼近給定所需參考電壓矢量。根據基本電壓矢量，和的不同組合順序，TMS320F2812芯片的事件管理器為SVPWM的實現提供了兩種開關方案，一種時由軟件決定開關觸發(fā)順序，然后通過比較單元生成PWM波形，這種方案可以表示為: ， ，； 另一種則是通過TMS320F218內部的SVPWM模塊生成PWM波形，可以表示為：。a 軟件實現方案b 硬件實現開關方案圖 （扇區(qū)1），除了PWM輸出占空比為0或1的情況外，通過軟件實現的開關方案中，開關器件在一個載波周期內需要開通關斷各一次，這意味著開關器件的平均開關頻率較高，開關損耗大，但是，這種開關方式在較低的調制系數下輸出的電壓諧波含量較小。然而，可以證明，圖b所示的開關方式在較高載波比條件校既可以減少開關損耗，又可以減少諧波損耗，總體性能優(yōu)于圖a的方案。坐標系下任何一個矢量，只要滿足條件（為SVPWM技術的最大輸出電壓）, 都可以由這8個基本電壓矢量安下式的規(guī)律合成其中，T是PWM載波周期，和分別代表基本電壓矢量，和（或）。同理，當處于由電壓矢量和認組成的扇區(qū)時，所求的占空比為設三個變量、和，它們滿足：根據以上求解過程，可以得到占空比、扇區(qū)和、三者之間的關系。分別另，可以在坐標系下得到三條直線，分別與6個電壓矢量重合。例如，當，時，輸出電壓矢量處于2扇區(qū)。且令。確定扇區(qū)值后，并在每個PWM載波周期內刷新SVPWM狀態(tài)ACTR寄存器bit[12～15]的值扇區(qū)值123456基本矢量000100110010011001000101綜上所述，使用DSP的SVPWM硬件模塊產生PWM波的操作步驟為:1)初始化系統(tǒng)及相應寄存器；2)根據(、)計算、。4)。6)每個PWM周期內更新一次比較寄存器和ACTR寄存器值。軟件工程學表明，大型復雜的軟件是不可能做到100%無錯誤的。為此在硬件上采取了一定的措施，比如盡量采用片上外設，減少干擾，開關量的輸入、輸出采用光藕器件隔離等。 “軟件危機”導致人們對如何提高軟件的開發(fā)效率，軟件產品的質量及可維護性方面作了大量的研究，并且專門研究上述問題的新學科”軟件工程學”越來越受到重視。如進度拖延、軟件的質量不可靠、軟件的維護很困難、軟件沒有適當的文檔資料。模塊特性對測試及維護是很方便的。（2)簡單性原則(perpage原則) 每一模塊應在一頁紙內寫完，因為研究表明，當模塊中程序語句多于30行時，可理解性迅速下降，所以一個模塊的語句數最好在40行以內。（3)單入口，單出口原則 一個模塊只允許有一個入口，一個出口，不允許從模塊的外部直接跳入到模塊內部，也不允許從模塊內跳到模塊外。（5)流水線原則 模塊可以被看成一個輸入，處理到輸出的過程，即模塊的IPO格式(InputProcess Output)。（6)完備的文檔 軟件是指程序與有關的，完備的文檔，而不單單是程序清單。 由于人的認識不可能百分之百地符合客觀實際，因此在設計的每一個階段都有可能發(fā)生錯誤。越是發(fā)現得早，改正一個錯誤所花的代價就越小。 大部分微處理器(典型的嵌入式處理器)不提供硬件支持浮點數學，大多微處理廠商認為浮點數學對于嵌入式系統(tǒng)不是很重要，并且浮點芯片的價格要比定點芯片高的多。例如，對于低檔的8位微處理器，浮點加法可以花幾百微秒，而執(zhí)行一個16位整數加法值需要幾微秒。所以對于實時性要求高的系統(tǒng)，通常采用定點運算編寫出運行快且代碼盡可能少的程序。(微處理器沒有提供表示定點數的S機制)。利用以下的一記法來表示定點數: 定點數=尾數S指數 這里S表示尾數需要按比例縮小2指數倍以決定該定點數的值。尾數通常是一個正整數。 利用比例可以將幾乎任何數表示成一個16為整數。 通常，定標方法有兩種:Q表示法和S表示法。顯然，QO表示的是一個有符號的整數，而Q15表示的是一個有符號的小數，其他各種情況表示了一個有符號的混合小數，它可以含有i個整數位和15i個小數位。由表可總結出下列幾點: Q表示法ins表示法Q表示S表示小數點位置整數位小數位十進制數表示范圍精度Q15在D15之后0151～Q14在D14之后1142～Q13在D13之后2134～Q12在D12之后3128～Q11在D11之后41116～Q10在D10之后51032～Q9在D9之后6964～Q8在D8之后78128～Q7在D7之后87256～Q6在D6之后96512～Q5在D5之后1051024～Q4在D4之后1142048～Q3在D3之后1234096～Q2在D2之后1328192～Q1在D1之后14116384～Q0在D0之后15032768～36767(1)Qx的x值表示小數點在位Dx之后，即16位中有x個小數位和(15x)個整數位。(3)同樣一個16位數，因為小數點的設定位置不同，它所表示的數就不同。Qx的x值越大，則數值范圍越小，但精度越高；相反，Qx的x值越小，則數值范圍越大，但精度越低。由此可見，在使用定點DSP時，如何選擇合適的Qx值是一個關鍵性問題。只要這個動態(tài)范圍確定了，Qx值也就確定了。(1)定點數的加法和減法 設x的Q值為Qx, y的Q值為QY，且QxQY，加法/減法結果z的Q值為Qz，則: (2)定點除法設被除數x的Q值為Qx，除數Y的Q值為Qy，商z的Q值為Qz，則： 本文在編寫程序時采用了TI提供的32位高度優(yōu)化的和高精度的數學運算函數庫(IQmath library)，很方便地移植浮點算法到采用定點運算的TMS320F2812中。 DSP的程序包括主程序和中斷服務子程序兩部分。中斷服務子程序包括空間矢量子程序、同步中斷子程序、AD采樣中斷子程序等。 PID控制子程序PID控制時連續(xù)系統(tǒng)應用最廣，技術最成熟的一種控制方式，特別在過程控制中，由于控制對象的模型未知或難以建立，用基于現代控制理論的控制方法既不實用有不能達到預期的效果，因此，人們常常采用PID調節(jié)器。數字PID算法如下:其中，u(k)為要得到的控制量，e(k)為偏差，它們都是經過數字離散化后的序列。為實現高功率因數，在整流過程中必須使三相交流電壓電流同相位，逆變時反相位，且跟蹤電網電壓。 同步中斷子程序圖 IPM有控制電源欠壓保護、短路保護、過載保護等等，當故障發(fā)生時，IPM會自動閉鎖內部驅動使IGBT全部關斷并發(fā)出故障信號，當這些物理量又恢復正常時，保護電路將重新開發(fā)驅動電路。因此，還應對直流電壓、交流側電壓電流進行數值處理，得出電路運行情況及數值大小，判斷后進行保護處理。這一引腳用來處理可逆整流器發(fā)生故障的緊急事件。因此，可逆整流器發(fā)生故障時的處理是靠中斷來完成的。本論文采用了當前最流行的DSP(數字信號處理器)作為整流器的控制核心，并設計了相應的硬件電路