一種基于DSPTMS320LF2407的逆變電源.doc

精品論文大集合一種基于 dsptms320lf2407 的逆變電源劉皓春，熊娥 武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院，武漢 (430070) e-mail：bear_840204163.com摘要：近年來，光伏發(fā)電技術(shù)有了廣泛的應(yīng)用，隨著我國新能源法的頒布，光伏發(fā)電系統(tǒng) 將在我國擁有更廣闊的發(fā)展空間。逆變電源是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要部件，其性能對光伏系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生較大影響。目前，國內(nèi)純正弦波輸出逆變電源主要采用工頻變壓器升壓輸出，這 種逆變器體積大、笨重、價格也較高，難以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展和市場需求。為此，文章針對逆變電源的設(shè)計，介紹了一種基于 tms320lf2407 控制的高頻鏈逆變電源，有助于降低系統(tǒng)體 積并提高系統(tǒng)效率。整個系統(tǒng)設(shè)計分為硬件和軟件兩方面。對控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的研究。對于工程人員在逆變電源中設(shè)計和使用該系列的 dsp 有很好的指導(dǎo)作用。 關(guān)鍵詞：dsp；逆變器；spwm1引言傳統(tǒng)的逆變器采用模擬控制，由于采用模擬元件，易老化，且對溫度變化敏感，人們越 來越多的求助于數(shù)字化方案來減小控制電路的復(fù)雜程度，同時采用更先進(jìn)的控制方法來提高 逆變電源的輸出波形質(zhì)量和可靠性。隨著 dsp 的發(fā)展和應(yīng)用，逆變電源控制由模擬控制向數(shù)字化控制的轉(zhuǎn)變成為可能，由 于具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和很快的處理速度，配合高性能的 ad 變換器，dsp 能夠瞬時的讀取 逆變電源的輸出，并實(shí)時的計算出輸出 pwm 值，從而使逆變電源的輸出波形質(zhì)量達(dá)到可以 接受的水平。本文采用 ti 公司的專用控制芯片 tms320lf2407，來實(shí)現(xiàn)對逆變器的控制。2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹本文研究的光伏逆變電源為單相交流，具有獨(dú)立運(yùn)行的工作模式，結(jié)構(gòu)框圖如圖一所示， 由功率主電路、控制電路、驅(qū)動電路、采樣調(diào)理及保護(hù)電路組成：圖 1 光伏電源逆變器整體結(jié)構(gòu)框圖2.2 系統(tǒng)主電路描述主電路部分由高頻逆變器、高頻變壓器和周波變換器組成?？膳c采樣電路、保護(hù)電路配 合，對輸出實(shí)行實(shí)時控制，具有較快的動態(tài)響應(yīng)速度和良好的輸出特性。- 5 -工作原理分析：圖 2 系統(tǒng)主電路圖其中，v1、v2、v3、v4 組成全橋變換器，v5、v6 組成周波變換器，整個工作過程可 以分為四個階段：（1）讓 v1、v4 導(dǎo)通。v5 提前導(dǎo)通，直流側(cè)的能量便可以傳輸?shù)捷敵龆?。此時電感儲 能，v5 軟開通。（2）諧振階段。由于電路隔直電容和諧振電感諧振，電感釋放在第一階段所保存的能 量。當(dāng)諧振電流到零時，關(guān)斷 v1。此階段 v2、v4 導(dǎo)通，v5 延遲一段時間再關(guān)斷。（3）讓 v2、v3 導(dǎo)通。v6 提前導(dǎo)通。當(dāng) v2、v3 導(dǎo)通時，直流測的能量便可以傳遞到 輸出端，此時 v6 軟開通。（4）諧振階段。工作原理同第二階段類似，此時電流方向與第二階段相反，當(dāng)電感上 的能量釋放完畢，關(guān)斷 v6，此時一個周期便結(jié)束，開始下面一個周期?？芍?，不管變壓器二次側(cè)電壓極性如何，若 v6 導(dǎo)通、v5 關(guān)斷，則輸出端 vo2 為正， vo1 為負(fù)；若 v5 導(dǎo)通、v6 關(guān)斷，則輸出端 vo1 為正，vo2 為負(fù)。綜上，控制 v5、v6 的導(dǎo) 通順序，即可控制輸出端的極性3。3控制方式介紹3.1 2407 芯片特點(diǎn)本文控制芯片采用專用控制芯片 tms320lf2407，tms320lf2407 具有高速信號處理和 數(shù)字化控制功能所必需的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其主要特點(diǎn)為：(1)采用了高性能靜態(tài) cmos 技術(shù)，其系統(tǒng)運(yùn)行主頻高達(dá) 30mhz，使得指令周期縮短到33ns，大部分指令均可在單周期內(nèi)完成。(2)片內(nèi)外設(shè)采用統(tǒng)一的外設(shè)總線和數(shù)據(jù)空間連線，2 個事件管理器模塊 eva 和 evb， 每個包括 2 個 16 位通用定時器；8 個 16 位的脈寬調(diào)制（pwm）通道。16 通道 a/d 轉(zhuǎn)換器 等功能。(3)10 位 a/d 轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為 500ns，可選擇由 2 個事件管理器來觸發(fā)兩個 8 通 道輸入 a/d 轉(zhuǎn)換序列或者是 1 個 16 通道輸入的 a/d 轉(zhuǎn)換序列。(4)片內(nèi)包含 32k 的 flash 程序存儲器、544 字雙存取 ram 和 2k 字的單存取 ram， 高達(dá) 40 個可單獨(dú)編程或者復(fù)用的通用輸入、輸出引腳。3.2 pid 雙閉環(huán)控制為了電源系統(tǒng)的穩(wěn)定，采樣負(fù)載端電壓以及電流瞬時值構(gòu)成雙閉環(huán)反饋對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時 控制，其控制系統(tǒng)方框圖如下圖二所示：i f vovref i gv f圖 3 控制框圖外環(huán)采用輸出電壓的瞬時信號 vf 直接反饋，與軟件提供的參考電壓 vref 比較，電壓 調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)，內(nèi)環(huán)采用負(fù)載電流的反饋信號與電壓調(diào)節(jié)器來比較，采用比例調(diào) 節(jié)，數(shù)字 pi 算法完全通過 dsp 數(shù)字實(shí)現(xiàn)。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 spwm 的規(guī)則采樣法采用三角波作為載波的規(guī)則采樣法以獲取 pwm 脈沖，原理如圖 3 所示， t c uu ct at d t b 2 2u c 圖 4 三角波載波的規(guī)則采樣法每個脈沖的中點(diǎn)都與相應(yīng)的三角波的中點(diǎn)相對應(yīng)，在三角波的負(fù)峰時刻td 對正弦調(diào)制 波采樣得到 d 點(diǎn)，過 d 做一條水平直線和三角波分別交于 a 和 b 點(diǎn)， = tc (1 + sin r td ) 2根據(jù)公式（1），如果一個周期內(nèi)有 n 個矩形波，則第 i 個矩形波的占空比為：(1)dr = 0.5 + 0.5 sin(i * 2 n )（2）4.2 基于 dsp 的 spwm 波形產(chǎn)生及軟件設(shè)計根據(jù)以上分析，在利用 tms320lf2407 通用定時器比較單元的 pwm 特性，可以得到 產(chǎn)生 spwm 的方法，具體步驟如下：(1)根據(jù)載波頻率和信號頻率計算出每個周期需要輸出的矩形波個數(shù)，從而確定定時器 的周期。(2)根據(jù)占空比表達(dá)式計算出每個矩形波的占空比，用占空比乘以周期寄存器的值，從而計算出比較寄存器的值，并使脈沖個數(shù)指針加 1。 (3)將計算所得的比較寄存器的值送到比較寄存器，并置相應(yīng)標(biāo)志位。 (4)根據(jù)標(biāo)志位來判斷是否已經(jīng)完成一個周期的操作，如果標(biāo)志位已經(jīng)置 1，則清標(biāo)志位，進(jìn)入等待狀態(tài)，如果標(biāo)志位未被置 1，則直接進(jìn)入等待狀態(tài)。4因此，用周期和占空比分別去設(shè)定 dsp 中 pwm 電路相應(yīng)的寄存器，就可以在 pwmx（x=1，2，3，4，7，8）上獲取所需要的控制相應(yīng)的開關(guān)管的 pwm 脈沖波形。 主程序流程圖及 pid 控制流程圖如下圖五、圖六所示：圖 5 主程序流程圖5總結(jié)圖 6 pid 控制流程圖本逆變系統(tǒng)采用的專用控制控制芯片 tms320f2407，功能全面，開發(fā)工具齊全，控制方便實(shí)用，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，基于 tms320f2407 的系統(tǒng)其具有運(yùn)行穩(wěn)定、成本低、實(shí)現(xiàn)簡單和 可靠性高的特點(diǎn)，在能源緊張的今天，具有重要的應(yīng)用價值。參考文獻(xiàn)1 周志敏,周紀(jì)海等.逆變電源實(shí)用技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用.北京.中國電力出版社.2005.1 2 劉鳳君.現(xiàn)代逆變技術(shù)及應(yīng)用.北京.電子工業(yè)出版社.2006.93 吳開源,黃石生,李陽,陸沛濤.高性能數(shù)字信號處理器 tms320f2407a 及應(yīng)用.廣州:設(shè)計與開發(fā).2004.34 翁武林,彭俠夫,孫文磊.電動汽車的 dsp 控制系統(tǒng)設(shè)計.福建廈門:制造與設(shè)計.2005.11an inverter based on tms320lf2407liu hao chun, xiong ewuhan university of technology, information technology department, wuhan (430070)abstractin recent years，photovoltaic power technology has widespreadapplication，along with country newenergy law enacted, photovoltaic power system will have broader development space in our country. inverter is an important component in photovoltaic. at present, the domestic pure sine wave output inverter mainly uses 50hz transformer for raising the output voltage. with large size. heavy weight and higher price, making it difficult to adapt to technological development and market demand. which help to reduce system volume and increase system efficien