基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置的制造方法
【專利摘要】基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，涉及一種逆變裝置。本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的逆變系統(tǒng)存在精度低、穩(wěn)定性差、調(diào)節(jié)不便、實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜和開關(guān)頻率可變范圍小的問題。本實(shí)用新型包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅(qū)動隔離電路和DSP控制器，還包括三角波模擬電路和脈寬調(diào)制電路，逆變主電路通過濾波連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接數(shù)模調(diào)制電路，數(shù)模調(diào)制電路的輸出端通過驅(qū)動隔離電路連接逆變主電路的功率開關(guān)。本實(shí)用新型具有產(chǎn)生信號具有精度高、穩(wěn)定性好、簡便易行、調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種并網(wǎng)逆變裝置，具體涉及一種基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，屬于并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在并網(wǎng)逆變器的控制過程中，PWM調(diào)制技術(shù)是該領(lǐng)域的重要指標(biāo)，當(dāng)PWM脈寬調(diào)制技術(shù)從通信領(lǐng)域引入電力電子技術(shù)領(lǐng)域后，極大的推動了電力電子技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過一段時(shí)間的研究，電力電子技術(shù)中的PWM技術(shù)已經(jīng)得到了極大的發(fā)展，出現(xiàn)了各種PWM技術(shù)，以達(dá)到應(yīng)用于不同方面的電力電子技術(shù)的目的，PWM波形的產(chǎn)生也由起初的純模擬電路的方法發(fā)展出了多種波形的產(chǎn)生方法，正弦脈寬調(diào)制作為正弦逆變驅(qū)動波形的核心技術(shù)，目前得到了廣泛的研究和應(yīng)用。
[0003]脈寬調(diào)制技術(shù)(PffM:Pulse Width Modulat1n))是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。
[0004]純模擬電路的方法產(chǎn)生的SPffM波形，具有輸出波形紋波小，動態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。但是由于采用分立元件多，整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)性大，不便于智能化算法的實(shí)現(xiàn)與控制，從而造成可擴(kuò)展性與調(diào)節(jié)性小。
[0005 ]單用模擬電路的組合而得到的spmi波形產(chǎn)生的方法，其最好的特點(diǎn)是失真度小，輸出的SPWM波形經(jīng)過簡單的濾波就可以很好的接近正弦波。通過諧波分析也可以知道，用純模擬電路的方法得到的波形，含有的諧波是很少的，對于普通的恒頻恒壓正弦波逆變電源來說是很好的選擇。但是當(dāng)前對逆變地要求已經(jīng)不僅僅是恒頻恒壓了，需要的往往是電壓和頻率都能在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，而且具有很好的輸出穩(wěn)定性的正弦波逆變電源。目前各種設(shè)備的智能化，網(wǎng)絡(luò)化正在進(jìn)行，純模擬電路的SPWM己經(jīng)不能很方便的實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的要求。另外純模擬電路的SPWM即使要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，也只能用模擬電路的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電路做好時(shí)就意味著各種系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)已經(jīng)被固定了，不能隨著負(fù)載特性的變化而自動的改變控制參數(shù)和控制策略，這樣勢必制約了正弦波逆變電源的通用性。
[0006]隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，各種適合控制的數(shù)字芯片不斷的被研發(fā)使用。而這其中也有專門的SPffM芯片，如SA828、SA868等，也有可以嵌入各種數(shù)字處理器內(nèi)核的可編程邏輯陣列FPGA，以及單片機(jī)、ARM、DSP等其他的數(shù)字微處理器，極大的提高了正弦波逆變在控制方面的靈活性。
[0007]對于專用芯片來說，由于其片內(nèi)已經(jīng)通過數(shù)字邏輯電路固定好了了SPffM波形產(chǎn)生的方式，如可以選擇在輸出波形上疊加3次諧波，5次諧波等，所以各種SPWM波形相關(guān)的參數(shù)基本上是不可調(diào)節(jié)的，最多也就是能有少數(shù)的幾種選擇，而且其自身是不具備輸出調(diào)節(jié)的能力的，往往需要額外配置其他微處理器才能構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，這樣制約了專用SPWM芯片的發(fā)展應(yīng)用。
[0008]對于普通的單片機(jī)等微處理器來說，如果要直接輸出SPWM波形，需要在片內(nèi)做大量的實(shí)時(shí)計(jì)算，即使采用了規(guī)則采樣法等適合數(shù)字計(jì)算的方法，但是這些微處理器的運(yùn)行頻率都是不高的，而且片內(nèi)RAM都比較小，不適合進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)時(shí)計(jì)算因?yàn)檫@將占用微處理器極大的資源，甚至于一般的微處理器根本不能完成波形的實(shí)時(shí)輸出計(jì)算，即使能輸出波形，一般都會有輸出載波頻率比較低，輸出頻率的可調(diào)節(jié)范圍小等缺點(diǎn)。由于純粹利用數(shù)字計(jì)算得到的SPWM波形的結(jié)果，通過諧波分析可以知道有些諧波是不能消除的，這樣就會造成的正弦波逆變在不同負(fù)載時(shí)性能完全就不一樣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]在下文中給出了關(guān)于本實(shí)用新型的簡要概述，以便提供關(guān)于本實(shí)用新型的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本實(shí)用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實(shí)用新型的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本實(shí)用新型的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0010]鑒于此，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型旨在提出一種基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，來解決現(xiàn)有技術(shù)中的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)存在的精度低、穩(wěn)定性差、調(diào)節(jié)不便、實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜和開關(guān)頻率可變范圍小的問題。
[0011]本實(shí)用新型提出的基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅(qū)動隔離電路和DSP控制器，所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括三角波模擬電路和脈寬調(diào)制電路，所述逆變主電路通過濾波電路連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路的輸出端通過驅(qū)動隔離電路連接逆變主電路的功率開關(guān)。
[0012]所述三角波發(fā)生電路僅通過簡單的模擬器件電路實(shí)現(xiàn)，如ICL8038集成芯片，只需改變電容C的參數(shù)即能實(shí)現(xiàn)將載波頻率即開關(guān)頻率從幾百Hz到幾十KHz連續(xù)可調(diào)，以此可以使用小、中、大功率不同場合的逆變應(yīng)用中。
[0013]進(jìn)一步地:所述脈寬調(diào)制電路由DSP外部模擬元件組成，包括比較器、調(diào)節(jié)電阻、二極管和三極管，所述DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端分別連接比較器的同相輸入端和反相輸入端，比較器的輸出端連接二極管的負(fù)極，二極管的正極為脈寬調(diào)制電路的輸出端，所述三極管的發(fā)射極連接二極管的正極，三極管的基極連接二極管的負(fù)極，三極管的集電極連接比較器的電源正極端，調(diào)節(jié)電阻并接在三極端的集電極和發(fā)射極之間。
[0014]所述脈寬調(diào)制電路僅通過DSP外部的簡單模擬器件實(shí)現(xiàn)，如LM311等型號比較器，以此省去了DSP中占用資源的采樣算法，更精準(zhǔn)、低誤差的產(chǎn)生SPffM信號；
[0015]進(jìn)一步地:所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括直流母線電壓電流采集電路，所述直流母線電壓電流采集電路的輸入端連接逆變主電路的輸入端，直流母線電壓電流采集電路的輸出端連接DSP控制器。
[0016]進(jìn)一步地:所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括電流采樣電路和電壓采樣電路，所述電流采樣的電路的輸入端接在濾波電路和隔離變壓器之間，電壓采樣電路的輸入端連接隔離變壓器的輸出端，電流采樣電路的輸出端和電壓采樣電路的輸出端均連接DSP控制器。
[0017]正弦調(diào)制信號由DSP控制器的D/A模塊發(fā)出，載波信號由模擬電路發(fā)出，載波頻率可以調(diào)節(jié)，改變逆變功率器件的開關(guān)頻率，從而適用于不同功率大小的逆變場合。
[0018]本實(shí)用新型所達(dá)到的效果為:
[0019]本實(shí)用新型通過DSP控制器發(fā)出正弦波即調(diào)制波，通過外部模擬集成芯片發(fā)出波形穩(wěn)定且相對精度高的三角波即載波，并通過外部脈寬調(diào)制電路將調(diào)制信號和載波信號更精準(zhǔn)的調(diào)制得到SPffM波，DSP僅用于發(fā)出正弦調(diào)制波，其余部分通過外部簡單的模擬器件構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)，以此大大降低了DSP的資源占用，這樣一方面DSP運(yùn)行更加快速，另一方面DSP剩下大量空間可以更好的用于對外部電路控制保護(hù)及附加功能的實(shí)現(xiàn);本實(shí)用新型將數(shù)字波形、模擬波形相結(jié)合，不僅數(shù)字電路控制方式的靈活性特點(diǎn)，同時(shí)又具備模擬電路快速性的優(yōu)點(diǎn)，是一種具有實(shí)際使用價(jià)值的方案，本實(shí)用新型具有產(chǎn)生信號具有精度高、穩(wěn)定性好、簡便易行、調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1，本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖2，本實(shí)用新型實(shí)施方式的三角波模擬電路的電路示意圖；
[0022]圖3，本實(shí)用新型實(shí)施方式的脈寬調(diào)制電路的電路示意圖。
[0023]圖4，本實(shí)用新型的正弦波和三角波產(chǎn)生及調(diào)制過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在下文中將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對得益于本實(shí)用新型公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。
[0025]在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本實(shí)用新型，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本實(shí)用新型的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本實(shí)用新型關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0026]本實(shí)施方式的基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅(qū)動隔離電路和DSP控制器，所述并網(wǎng)逆變裝置結(jié)構(gòu)還包括三角波模擬電路和脈寬調(diào)制電路，所述逆變主電路通過濾波連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路的輸出端通過驅(qū)動隔離電路連接逆變主電路的功率開關(guān)。
[0027]所述三角波模擬電路包括三角波發(fā)生器，第一電位器RWl、電容C、第二電位器RW2、第一二極管D1、第一調(diào)節(jié)電阻Rl和第二調(diào)節(jié)電阻R2，所述第一電位器RWl的一端分別連接第一二極管DI的正極，第一電位器RWI的另一端連接三角波發(fā)生器的10、11和12引腳，第一電位器RWl的滑動端連接三角波發(fā)生器的調(diào)頻控制輸入端，S卩8引腳，所述第一二極管Dl的負(fù)極連接第二電位器RW2的滑動端，第二電位器RW2的兩端分別通過第一調(diào)節(jié)電阻Rl和第二調(diào)節(jié)電阻R2連接三角波發(fā)生器的兩個(gè)占空比調(diào)節(jié)端即4引腳和5引腳，所述，所述電容C 一端連接三角波發(fā)生器的定時(shí)電容端即10引腳，電容C的另一端連接三角波發(fā)生器11引腳。
[0028]所述三角波發(fā)生電路以ICL8038構(gòu)成的模擬電路例，通過改變電容C的參數(shù)檔位調(diào)整三角波頻率變化范圍，通過改變電位器RWl的阻值微調(diào)三角波頻率，以此實(shí)現(xiàn)對三角波從幾十赫茲到幾十千赫茲之間連續(xù)可調(diào)，既適用于小容量的高速開關(guān)頻率的逆變場合，又可用于中等容量及大容量的中低速開關(guān)頻率的逆變場合；
[0029]所述脈寬調(diào)制電路由DSP外部模擬元件組成，包括比較器、第三調(diào)節(jié)電阻R3、第二二極管D2和三極管T，所述DSP控制器的輸出端和三角波發(fā)生器的輸出端分別連接比較器的同相輸入端和反相輸入端，比較器的輸出端連接第二二極管D2的負(fù)極，第二二極管D2的正極為脈寬調(diào)制電路的輸出端，所述三極管T的發(fā)射極連接第二二極管D2的正極，三極管T的基極連接第二二極管D2的負(fù)極，三極管T的集電極連接比較器的電源正極端，第三調(diào)節(jié)電阻R3并接在三極端的集電極和發(fā)射極之間。
[0030]所述比較電路以LM311構(gòu)成的模擬電路為例，將DSP發(fā)出的正弦信號和外部模擬電路發(fā)出的三角波信號分別送入比較器的正負(fù)兩端進(jìn)行調(diào)制準(zhǔn)確的得到高精度的SPWM信號；后續(xù)可將得到的SPffM信號二分頻得到互差180°的兩路的SPffM信號，以此來控制同一橋臂的上下兩個(gè)功率開關(guān)；
[0031]所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括直流母線電壓電流采集電路，所述直流母線電壓電流采集電路的輸入端連接逆變主電路的輸入端，直流母線電壓電流采集電路的輸出端連接DSP控制器。
[0032]所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括電流采樣電路和電壓采樣電路，所述電流采樣的電路的輸入端接在濾波電路和隔離變壓器之間，電壓采樣電路的輸入端連接隔離變壓器的輸出端，電流采樣電路的輸出端和電壓采樣電路的輸出端均連接DSP控制器。
[0033]雖然本實(shí)用新型所揭示的實(shí)施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本實(shí)用新型。任何本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實(shí)施的形式和細(xì)節(jié)上做任何修改與變化，但本實(shí)用新型所限定的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅(qū)動隔離電路和DSP控制器，其特征在于:所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括三角波模擬電路和脈寬調(diào)制電路，所述逆變主電路通過濾波電路連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路的輸出端通過驅(qū)動隔離電路連接逆變主電路的功率開關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，其特征在于:所述脈寬調(diào)制電路由DSP外部模擬元件組成，包括比較器、調(diào)節(jié)電阻、二極管和三極管，所述DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端分別連接比較器的同相輸入端和反相輸入端，比較器的輸出端連接二極管的負(fù)極，二極管的正極為脈寬調(diào)制電路的輸出端，所述三極管的發(fā)射極連接二極管的正極，三極管的基極連接二極管的負(fù)極，三極管的集電極連接比較器的電源正極端，調(diào)節(jié)電阻并接在三極端的集電極和發(fā)射極之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，其特征在于:所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括直流母線電壓電流采集電路，所述直流母線電壓電流采集電路的輸入端連接逆變主電路的輸入端，直流母線電壓電流采集電路的輸出端連接DSP控制器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置，其特征在于:所述基于數(shù)模結(jié)合的并網(wǎng)逆變裝置還包括電流采樣電路和電壓采樣電路，所述電流采樣的電路的輸入端接在濾波電路和隔離變壓器之間，電壓采樣電路的輸入端連接隔離變壓器的輸出端，電流采樣電路的輸出端和電壓采樣電路的輸出端均連接DSP控制器。
【文檔編號】H02J3/38GK205490222SQ201620311276
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】康爾良, 伊斌
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)