一種基于dsp控制的三相逆變器電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于DSP控制的三相逆變器電源，包括3個相互獨立的單相逆變器模塊，以及分別與3個單相逆變器模塊相連的DSP控制模塊和工頻升壓變壓器，其中，所述DSP控制模塊包括DSP控制芯片、直流電壓檢測電路、IGBT交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、隔離驅動及保護電路、聲光報警電路和RS485通信電路，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片輸出的SPWM信號驅動全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經過工頻升壓變壓器變換成工頻交流輸出。采用上述結構的三相逆變器電源具有效率高，穩(wěn)定性好，可擴展性強等特點。
【專利說明】
—種基于DSP控制的三相逆變器電源

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三相離網逆變器電源，特別是涉及一種基于DSP控制的三相逆變器電源，屬于新能源發(fā)電系統(tǒng)控制【技術領域】。

【背景技術】
[0002]太陽能光伏發(fā)電是包括我國在內的多國政府支持的長期能源戰(zhàn)略的重要內容，并且已經得到了廣泛的應用，而逆變器是整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。逆變器按輸出端相數分類，可以分成單相逆變器和三相逆變器。單相逆變器按結構又可分為半橋逆變器和全橋逆變器。三相逆變器又可分為三相三線制逆變器和三相四線制逆變器。實際應用時，根據不同的場合選擇單相逆變器或三相逆變器。
[0003]常規(guī)的三相逆變電源在三相負載平衡時，可以獲得比較好的輸出特性。然而在不平衡負載條件下，由于電源的相與相之間在電路和磁路上都存在著較強的耦合關系，以及逆變器輸出阻抗和濾波阻抗不能為零。這就影響到三相電源輸出的對稱性，負載的不平衡度越嚴重影響就越大。當不同的單、三相負載由同一臺三相電源供電時，這種問題就更加突出。相位的不對稱隨之也引起線電壓的不對稱，從而可能對負載造成不良后果，以致使一些較敏感的設備不能正常工作。
[0004]有鑒于此，本發(fā)明人對此進行研究，專門開發(fā)出一種基于DSP控制的三相逆變器電源，本案由此產生。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于DSP控制的三相逆變器電源，具有完善的過欠壓、過載、短路、過溫保護及報警功能，整個電源效率高，穩(wěn)定性好，可擴展性強。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種基于DSP控制的三相逆變器電源，包括3個相互獨立的單相逆變器模塊，以及分別與3個單相逆變器模塊相連的DSP控制模塊和工頻升壓變壓器，其中，所述DSP控制模塊包括DSP控制芯片，與DSP控制芯片輸入端相連的直流電壓檢測電路、IGBT交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路，與DSP控制芯片輸出端相連的隔離驅動及保護電路、聲光報警電路，所述DSP控制模塊進一步包括一 RS485通信電路，用于DSP控制芯片與上位機通信，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片輸出的SPWM信號驅動全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經過工頻升壓變壓器變換成工頻交流輸出。
[0007]作為優(yōu)選，上述DSP控制芯片采用型號為DSPIC33的DSP芯片。
[0008]作為優(yōu)選，上述直流電壓檢測電路包括數個相互串聯(lián)的采樣電阻，以及與采樣電阻相連的運算放大器，直流電壓檢測電路主要用于檢測直流輸入電壓，在直流輸入電壓過壓或欠壓時啟動保護動作。
[0009]作為優(yōu)選，上述IGBT交流電流檢測電路包括依次相連的霍爾電流傳感器、采樣電阻和運算放大器，IGBT交流電流檢測電路主要用于檢測經過單相逆變器模塊IGBT全橋逆變電路后的交流電流，根據檢測的電流值進行電流環(huán)控制。
[0010]作為優(yōu)選，上述交流電壓檢測電路包括交流電壓互感器，以及與交流電壓互感器相連的運算放大器，交流電壓檢測電路主要用于檢測經過工頻升壓變壓器升壓后的電壓，根據檢測的電壓值進行電壓環(huán)控制。
[0011 ] 作為優(yōu)選，隔離驅動及保護電路包括4個分別驅動保護各個IGBT全橋逆變電路的IGBT的分電路，每個分電路均包括光耦，以及與光耦相連的三極管和二極管，DSP控制芯片輸出的SPWM信號經光耦隔離驅動，再經過兩個三極管組成的圖騰柱和兩個二極管組成的鉗位保護電路，輸出的SPWM信號經過隔離并增加驅動能力后，輸入到IGBT的柵級。
[0012]作為優(yōu)選，RS485通信電路包括RS485通信芯片，以及與RS485通信芯片相連的發(fā)光二極管，DSP控制芯片的通用異步收發(fā)器與RS485通信芯片的發(fā)送和接收端口相連接，按照一定的波特率和通信協(xié)議，DSP控制模塊就可以與上位機進行通信。
[0013]作為優(yōu)選，上述聲光報警電路包括蜂鳴器和發(fā)光二極管，通過兩者結合，實現聲光報警功能。
[0014]上述基于DSP控制的三相逆變器電源的工作原理:本發(fā)明所述的每個單相逆變器模塊均獨立供電，獨立控制，可以單獨運作在一個單相逆變器電源中，也可以三個模塊一起工作在三相逆變器電源中。DSP控制模塊由單相逆變器模塊供電，每個單相逆變器模塊都可以對DSP控制模塊供電，以保障作為單相逆變器電源時DSP可以正常工作。DSP控制芯片輸出12路SPWM驅動信號，經過光耦隔離，驅動每個單相逆變器模塊的全橋逆變部分，經過IGBT全橋逆變后的三個單相逆變器模塊交流電再經過一個三相工頻變壓器耦合升壓，得到最終的三相工頻輸出電壓。DSP控制芯片輸出的SPWM波形采用雙極性，雙極性的SPWM波使得輸出諧波次數高，這樣便于LC濾波參數的設計，同時降低了 L的容量。同時DSP控制芯片通過直流電壓檢測電路、IGBT交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路，將需要監(jiān)測的電壓、電流、溫度等模擬信號采集到DSP控制芯片的A/D端口，經DSP控制芯片內部處理換算，如果被監(jiān)測值異常，則調整SPWM輸出信號，同時觸發(fā)蜂鳴器報警和/或發(fā)光二極管顯示。
[0015]上述基于DSP控制的三相逆變器電源結構簡單，使用方便靈活，可以選擇三相或單相應用，成本低廉，DSP控制模塊系統(tǒng)采用電壓、電流雙環(huán)控制，用電流內環(huán)快速、及時的抗擾動性能來改善輸出波形，同時利用電流內環(huán)對被控對象的改造，可以大大簡化電壓外環(huán)的設計，輸出電壓采用重復控制算法來消除死區(qū)效應和非線性負載等周期性振動的影響，改善輸出電壓的波形質量，具有完善的過欠壓、過載、短路、過溫保護及報警功能，整個電源效率高，穩(wěn)定性好，可擴展性強。
[0016]以下結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實施例的三相逆變器電源結構示意圖；
圖2為本實施例的DSP控制模塊框圖；
圖3為本實施例的DSP控制芯片電路原理圖；
圖4為本實施例的直流電壓檢測電路原理圖；
圖5為本實施例的IGBT交流電流檢測電路原理圖； 圖6為本實施例的交流電壓檢測電路原理圖；
圖7為本實施例的隔離驅動及保護電路原理圖；
圖8為本實施例的聲光報警電路原理圖；
圖9為本實施例的RS485通信電路原理圖。

【具體實施方式】
[0018]如圖1-2所示，一種基于DSP控制的三相逆變器電源，包括3個相互獨立的單相逆變器模塊1，以及分別與3個單相逆變器模塊I相連的DSP控制模塊2和工頻升壓變壓器3，其中，所述DSP控制模塊2包括DSP控制芯片21，與DSP控制芯片21輸入端相連的直流電壓檢測電路22、IGBT交流電流檢測電路23、交流電壓檢測電路24，與DSP控制芯片21輸出端相連的隔離驅動及保護電路25、聲光報警電路26，所述DSP控制模塊2進一步包括一 RS485通信電路27，用于DSP控制芯片21與上位機通信，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊I的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片21輸出的SPWM信號驅動全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經過工頻升壓變壓器3變換成工頻交流輸出。上述基于DSP控制的三相逆變器電源結構簡單，使用方便靈活，可以選擇三相或單相應用，成本低廉，DSP控制模塊2采用電壓、電流雙環(huán)控制，用電流內環(huán)快速、及時的抗擾動性能來改善輸出波形，同時利用電流內環(huán)對被控對象的改造，可以大大簡化電壓外環(huán)的設計，輸出電壓采用重復控制算法來消除死區(qū)效應和非線性負載等周期性振動的影響，改善輸出電壓的波形質量，具有完善的過欠壓、過載、短路、過溫保護及報警功能，整個電源效率高，穩(wěn)定性好，可擴展性強。
[0019]如圖3所示，在本實施例中，所述DSP控制芯片采用型號為DSPIC33的DSP芯片。
[0020]如圖4所示，所述直流電壓檢測電路22包括數個相互串聯(lián)的采樣電阻R6(TR64，以及與采用電阻相連的運算放大器U7A，直流電壓檢測電路22主要用于檢測直流輸入電壓，在直流輸入電壓過壓或欠壓時啟動保護動作。
[0021]如圖5所示，上述IGBT交流電流檢測電路23包括依次相連的霍爾電流傳感器CS1、采樣電阻R69和運算放大器A3A、A3B等，IGBT交流電流檢測電路23主要用于檢測經過單相逆變器模塊IIGBT全橋逆變電路后的交流電流，根據檢測的電流值進行電流環(huán)控制。
[0022]如圖6所示，上述交流電壓檢測電路24包括交流電壓互感器TVl，以及與交流電壓互感器TVl相連的運算放大器A1A，交流電壓檢測電路24主要用于檢測經過工頻升壓變壓器3升壓后的電壓，根據檢測的電壓值進行電壓環(huán)控制。
[0023]如圖7所示，上述隔離驅動及保護電路25包括4個分別驅動保護各個IGBT全橋逆變電路的IGBT的分電路，每個分電路均包括TLP250光耦，以及與光耦相連的三極管和二極管，以其中一個分電路進行具體說明，DSP控制芯片21輸出的SPWM信號經光耦U2隔離驅動，再經過兩個三極管Q1、Q5組成的圖騰柱和兩個二極管D9、D11組成的鉗位保護電路，此時輸出的SPWM信號已經經過隔離并加大了驅動能力，最后輸入到IGBT的柵級。
[0024]如圖8所示，所述聲光報警電路26包括蜂鳴器BI和發(fā)光二極管LED3、LED4，通過兩者結合，實現聲光報警功能。
[0025]如圖9所示，RS485通信電路27包括型號為MAX3485的RS485通信芯片U1，以及與RS485通信芯片Ul相連的發(fā)光二極管LEDl，DSP控制芯片21的通用異步收發(fā)器(UART)與RS485通信芯片Ul的發(fā)送和接收端口相連接，按照一定的波特率和通信協(xié)議，DSP控制模塊21就可以與上位機進行通信。
[0026]上述基于DSP控制的三相逆變器電源的工作原理:本實施例所述的每個單相逆變器模塊I均獨立供電，獨立控制，可以單獨運作在一個單相逆變器電源中，也可以三個模塊一起工作在三相逆變器電源中。DSP控制模塊21由單相逆變器模塊I供電，每個單相逆變器模塊I都可以對DSP控制模塊供電，以保障作為單相逆變器電源時DSP可以正常工作。DSP控制芯片21輸出12路SPWM驅動信號，經過光耦隔離，驅動每個單相逆變器模塊I的全橋逆變部分，經過IGBT全橋逆變后的三個單相逆變器模塊I交流電再經過一個三相工頻變壓器3耦合升壓，得到最終的三相工頻輸出電壓。DSP控制芯片21輸出的SPWM波形采用雙極性，雙極性的SPWM波使得輸出諧波次數高，這樣便于LC濾波參數的設計，同時降低了 L的容量。同時DSP控制芯片21通過直流電壓檢測電路、IGBT交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路，將需要監(jiān)測的電壓、電流、溫度等模擬信號采集到DSP控制芯片21的A/D端口，經DSP控制芯片21內部處理換算，如果被監(jiān)測值異常，則調整SPWM輸出信號，同時觸發(fā)蜂鳴器報警和/或發(fā)光二極管顯示。
[0027]上述實施例和圖式并非限定本發(fā)明的產品形態(tài)和式樣，任何所屬【技術領域】的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
【權利要求】
1.一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:包括3個相互獨立的單相逆變器模塊，以及分別與3個單相逆變器模塊相連的DSP控制模塊和工頻升壓變壓器，其中，所述DSP控制模塊包括DSP控制芯片，與DSP控制芯片輸入端相連的直流電壓檢測電路、IGBT交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路，與DSP控制芯片輸出端相連的隔離驅動及保護電路、聲光報警電路，所述DSP控制模塊進一步包括一 RS485通信電路，用于DSP控制芯片與上位機通信，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片輸出的SPWM信號驅動全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經過工頻升壓變壓器變換成工頻交流輸出。
2.如權利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述DSP控制芯片采用型號為DSPIC33的DSP芯片。
3.如權利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述直流電壓檢測電路包括數個相互串聯(lián)的采樣電阻，以及與采樣電阻相連的運算放大器。
4.如權利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述IGBT交流電流檢測電路包括依次相連的霍爾電流傳感器、采樣電阻和運算放大器。
5.如權利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述交流電壓檢測電路包括交流電壓互感器，以及與交流電壓互感器相連的運算放大器。
6.如權利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述隔離驅動及保護電路包括4個分別驅動保護各個IGBT全橋逆變電路的IGBT的分電路，每個分電路均包括光耦，以及與光耦相連的三極管和二極管，DSP控制芯片輸出的SPWM信號經光耦隔離驅動，再經過兩個三極管組成的圖騰柱和兩個二極管組成的鉗位保護電路，輸出的SPWM信號經過隔離并增加驅動能力后，輸入到IGBT的柵級。
7.如權利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述RS485通信電路包括RS485通信芯片，以及與RS485通信芯片相連的發(fā)光二極管，DSP控制芯片的通用異步收發(fā)器與RS485通信芯片的發(fā)送和接收端口相連接。
8.如權利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述聲光報警電路包括蜂鳴器和發(fā)光二極管。
【文檔編號】H02M7/5387GK104201925SQ201410403972
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權日:2014年8月15日
【發(fā)明者】周巧玲, 鮑仁強, 王 忠, 談?chuàng)P寧 申請人:浙江永升新能源科技有限公司