一種基于dsp的通用型三相橋式變換器控制電路板的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，包括DSP，所述DSP與PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、串口通信電路、線電壓過(guò)零捕獲電路、A/D采樣電路、故障信號(hào)綜合處理電路、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路連接；所述故障信號(hào)綜合處理電路與硬件保護(hù)電路連接，所述硬件保護(hù)電路與電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路連接，所述電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路均與所述A/D采樣電路連接。本實(shí)用新型計(jì)算速度快、功耗低、價(jià)格便宜、既可以用于有源電力濾波器、PWM整流器，又可以用于光伏并網(wǎng)逆變器。
【專利說(shuō)明】—種基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)中的三相橋式變換器，如PWM整流器、三相光伏并網(wǎng)逆變器和有源電力濾波器等，特別是一種基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著電力電子器件、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力電子技術(shù)已經(jīng)成為高效節(jié)能、傳統(tǒng)設(shè)備改造及產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)的重要手段和關(guān)鍵技術(shù)，日益成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)技術(shù)和國(guó)防、工業(yè)的重要支撐技術(shù)。
[0003]在三相橋式變換器中，有源電力濾波器可以對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，有效解決越來(lái)越嚴(yán)重的諧波污染問(wèn)題，提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量，營(yíng)造一個(gè)潔凈的電氣環(huán)境和“綠色電網(wǎng)”;PWM整流器可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流接近正弦波，功率因數(shù)近似為1，并可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能量雙向流動(dòng)、直流母線電壓可控制和抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；光伏并網(wǎng)逆變器利用太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)換為直流電能，再經(jīng)過(guò)三相并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電能后饋入電網(wǎng)，這種就近就地分散發(fā)供電方式，進(jìn)入和退出電網(wǎng)靈活，既有利于增強(qiáng)電力系統(tǒng)抵御故障的能力，又有利于改善電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，并且可以降低線路損耗、解決目前世界所面臨的能源危機(jī)問(wèn)題。目前還沒(méi)有一種通用的三相橋式變換器控制電路板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種計(jì)算速度快、功耗低、價(jià)格便宜、既可以用于有源電力濾波器，PWM整流器，又可以用于光伏并網(wǎng)逆變器的基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，包括DSP，所述DSP與PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、串口通信電路、線電壓過(guò)零捕獲電路、A/D采樣電路、故障信號(hào)綜合處理電路、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路連接；所述故障信號(hào)綜合處理電路與硬件保護(hù)電路連接，所述硬件保護(hù)電路與電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路連接，所述電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路均與所述A/D采樣電路連接。
[0006]所述電壓信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的電壓傳感器、第一采樣電阻、第一 RC濾波電路、第一 LM324信號(hào)放大電路。
[0007]所述電流信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的電流傳感器、第二采樣電阻、第二 RC濾波電路、第二 LM324信號(hào)放大電路。
[0008]所述線電壓過(guò)零捕獲電路包括與三相橋式變換器電網(wǎng)線連接的電壓傳感器，所述與三相橋式變換器電網(wǎng)線連接的電壓傳感器依次通過(guò)第三RC濾波電路、反并聯(lián)二極管限幅電路與電壓比較器連接；所述電壓比較器接入所述DSP。
[0009]所述PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路包括依次連接的電平轉(zhuǎn)換器、第四RC濾波電路、二極管鉗位電路、施密特放大器。
[0010]所述硬件保護(hù)電路包括依次連接的LM393比較器、第一快速光電隔離芯片、第一反相器、光電耦合電路；所述第一反相器接入所述DSP，所述光電耦合電路接入所述故障信號(hào)綜合處理電路。
[0011]所述故障信號(hào)綜合處理電路包括依次連接的第二反相器、鎖存器、第一四2輸入端或門、第二四2輸入端或門、第三反相器；所述第二四2輸入端或門與所述第一反相器連接，所述第二四2輸入端或門通過(guò)第四反相器接入第二快速光電隔離芯片，所述第二快速光電隔離芯片接入所述DSP。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型采用外圍功能電路+DSP核心控制器的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算速度快，功耗低，價(jià)格便宜，采用電壓電流信號(hào)調(diào)理電路模塊和A/D采樣電路接收外部傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的電壓電流模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為一定幅值范圍內(nèi)的電壓模擬信號(hào)后發(fā)送給采樣模塊。A/D采樣電路使用具有高精度與高轉(zhuǎn)換速度的芯片AD7576，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入DPS核心控制器進(jìn)行處理。該芯片與DSP并行工作，不僅保證了數(shù)據(jù)采樣的實(shí)時(shí)性，而且大幅的提高了 DSP計(jì)算與控制速度；采用故障信號(hào)綜合處理模塊對(duì)直流側(cè)過(guò)電壓進(jìn)行硬件保提高了三相逆變器的可靠新、安全性和對(duì)應(yīng)對(duì)故障的能力；本發(fā)明既可以用于有源電力濾波器，PWM整流器，又可以用于光伏并網(wǎng)逆變器，具有極強(qiáng)的通用性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是光伏并網(wǎng)逆變器主電路圖；
[0014]圖2是光伏并網(wǎng)逆變器控制框圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；
`[0016]圖4是DSP控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與資源分配圖；
[0017]圖5是電壓信號(hào)調(diào)理電路和A/D采樣電路實(shí)現(xiàn)框圖；
[0018]圖6是電流信號(hào)調(diào)理電路和A/D采樣電路實(shí)現(xiàn)框圖；
[0019]圖7是線電壓過(guò)零捕獲電路實(shí)現(xiàn)框圖；
[0020]圖8是PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)框圖；
[0021 ]圖9是硬件保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)框圖；
[0022]圖10是故障信號(hào)綜合處理電路實(shí)現(xiàn)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和光伏并網(wǎng)逆變器對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如附圖1所示，主要由太陽(yáng)能光伏陣列、Boost升壓電
路、直流側(cè)電容、三相并網(wǎng)逆變器以及LCL濾波器構(gòu)成。太陽(yáng)能光伏陣列吸收太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)換為直流電能；B00st升壓電路把太陽(yáng)能光伏陣列輸出的直流電壓抬升到允許并網(wǎng)逆變的電壓等級(jí)；直流側(cè)電容Ca用于實(shí)現(xiàn)光伏陣列輸出功率和并網(wǎng)逆變器輸出功率的解耦；三相并網(wǎng)逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能并饋入電網(wǎng)；LCL濾波器用于濾除逆變器輸出的高次諧波，其中^^和&分別為逆變器輸出電流、電容支路電流和并網(wǎng)電流。[0025]參見(jiàn)附圖2，三相橋式變換器控制電路板需要采集光伏陣列的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行MPPT算法，從而控制Boost升壓電路的開關(guān)器件使光伏陣列保持工作在最大功率點(diǎn)處；需要獲得電網(wǎng)電壓的過(guò)零信號(hào)，送入DSP核心控制器，從而得到整個(gè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號(hào)；需要采集直流側(cè)電容電壓信號(hào)和逆變器輸出電流信號(hào)，以便運(yùn)行直流側(cè)電壓外環(huán)控制策略和無(wú)差拍電流內(nèi)環(huán)控制策略；需要根據(jù)采集的電壓電流信號(hào)、逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而維持光伏并網(wǎng)逆變器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0026]參見(jiàn)圖3和圖4，整個(gè)系統(tǒng)以DSP控制器和外圍功能電流為核心，以下五部分電路協(xié)同工作:
[0027](I)電壓電流信號(hào)調(diào)理電路和A/D采樣電路
[0028]光伏陣列正負(fù)極電壓和直流側(cè)電壓采樣采用型號(hào)為CHV-50P/400和CHV-50P/1000的霍爾電壓傳感器，輸出額定值25mA，對(duì)應(yīng)原邊額定電壓400V和1000V，經(jīng)過(guò)200Ω的采樣電阻和1.294倍的同相比例放大器送入AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片；逆變器輸出電流和光伏陣列輸出電流采樣采用型號(hào)為L(zhǎng)T108-S7的霍爾電流傳感器，副邊額定有效值電流100mA，對(duì)應(yīng)原邊額定有效值電流200A，經(jīng)過(guò)51 Ω的采樣電阻和2倍的同相比例放大器送入AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
[0029](2)線電壓過(guò)零捕獲電路
[0030]電網(wǎng)相電壓的過(guò)零點(diǎn)是整個(gè)控制平臺(tái)的時(shí)序起點(diǎn)，這是因?yàn)樵谶^(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻即啟動(dòng)事件管理器中的定時(shí)器，為軟件鎖相環(huán)提供基準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)為采樣和PWM調(diào)制提供同步相位信號(hào)，保持有功電流的相位同步性。此模塊首先捕獲電網(wǎng)的線電壓過(guò)零信號(hào)，送入DSP后產(chǎn)生過(guò)零捕獲中斷，再經(jīng)過(guò)程序的運(yùn)算處理得到電網(wǎng)的相電壓過(guò)零信號(hào)。
[0031](3) PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路
[0032]DSP輸出的PWM信號(hào)幅值為3.3V，抗干擾能力較差。通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器MC14504B后，放大為幅值為15V的PWM信號(hào)。為了防止PWM信號(hào)出現(xiàn)毛刺，再經(jīng)過(guò)肖特基二極管BAT54S將其箝位在0-15V之間。然后再經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器，提升PWM信號(hào)的陡度和驅(qū)動(dòng)能力，再通過(guò)扁平電纜送入IPM模塊控制IGBT的通斷。
[0033](4)硬件保護(hù)電路
[0034]系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)必須配備有相應(yīng)的保護(hù)電路。保護(hù)電路的作用便是防止直流側(cè)過(guò)壓或者逆變器交流側(cè)輸出電流過(guò)大，因?yàn)闊o(wú)論是過(guò)壓或過(guò)流，都會(huì)對(duì)直流側(cè)電容和IGBT甚至電路中其它的元器件造成損害，特別是電容側(cè)電壓超過(guò)其額定值時(shí)，可能會(huì)引起電容起火爆炸；模塊電流過(guò)大會(huì)引起發(fā)熱嚴(yán)重，引發(fā)爆炸事故。
[0035]硬件保護(hù)電路如附圖9所示，直流側(cè)電壓的檢測(cè)值和設(shè)定的安全限值比較后得到一個(gè)邏輯控制信號(hào)，通過(guò)光隔4504送入后級(jí)邏輯電路，實(shí)現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路的隔離，經(jīng)光耦TIL113驅(qū)動(dòng)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，因此當(dāng)檢測(cè)值大于安全限值時(shí)，控制繼電器使并網(wǎng)開關(guān)跳閘，直流測(cè)電壓就不會(huì)上升。
[0036](5)故障信號(hào)綜合處理電路
[0037]如附圖10所示，故障綜合處理電路不僅接收IGBT模塊發(fā)出的六路SO故障并進(jìn)行鎖存，同時(shí)還能夠接收硬件保護(hù)電路發(fā)送過(guò)來(lái)的過(guò)壓保護(hù)信號(hào)以及DSP發(fā)出的PWML0CK信號(hào)和FAULT信號(hào)。只要系統(tǒng)發(fā)出任意一個(gè)故障信號(hào)，故障綜合處理電路都能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的進(jìn)行故障定位，找到發(fā)生故障的原因，輸出INB信號(hào)封鎖IGBT并控制繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，將系統(tǒng)從電網(wǎng)中切除，確保系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)的安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，包括DSP，其特征在于，所述DSP與PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、串口通信電路、線電壓過(guò)零捕獲電路、A/D采樣電路、故障信號(hào)綜合處理電路、控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路連接；所述故障信號(hào)綜合處理電路與硬件保護(hù)電路連接，所述硬件保護(hù)電路與電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路連接，所述電壓信號(hào)調(diào)理電路、電流信號(hào)調(diào)理電路均與所述A/D采樣電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，其特征在于，所述電壓信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的電壓傳感器、第一采樣電阻、第一 RC濾波電路、第一LM324信號(hào)放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，其特征在于，所述電流信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的電流傳感器、第二采樣電阻、第二 RC濾波電路、第二LM324信號(hào)放大電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，其特征在于，所述線電壓過(guò)零捕獲電路包括與三相橋式變換器電網(wǎng)線連接的電壓傳感器，所述與三相橋式變換器電網(wǎng)線連接的電壓傳感器依次通過(guò)第三RC濾波電路、反并聯(lián)二極管限幅電路與電壓比較器連接；所述電壓比較器接入所述DSP。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，其特征在于，所述PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路包括依次連接的電平轉(zhuǎn)換器、第四RC濾波電路、二極管鉗位電路、施密特放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，其特征在于，所述硬件保護(hù)電路包括依次連接的LM393比較器、第一快速光電隔離芯片、第一反相器、光電耦合電路；所述第一反相器接入所述DSP，所述光電耦合電路接入所述故障信號(hào)綜合處理電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于DSP的通用型三相橋式變換器控制電路板，其特征在于，所述故障信號(hào)綜合處理電路包括依次連接的第二反相器、鎖存器、第一四2輸入端或門、第二四2輸入端或門、第三反相器；所述第二四2輸入端或門與所述第一反相器連接，所述第二四2輸入端或門通過(guò)第四反相器接入第二快速光電隔離芯片，所述第二快速光電隔離芯片接入所述DSP。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK203675004SQ201420038204
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】羅安, 李澤斌, 田園, 姚芳, 郭佳才, 成佳富 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)