一種基于雙dsp的通用型橋式逆變器控制電路板的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，包括采樣DSP和控制DSP，所述采樣DSP與電壓同步信號檢測模塊、A/D采樣模塊連接，所述控制DSP和采樣DSP雙向連接，所述控制DSP與PWM信號驅(qū)動電路、所述電壓同步信號檢測模塊、故障信號綜合處理電路連接，所述A/D采樣模塊與所述電壓同步信號檢測模塊、硬件保護電路連接；所述硬件保護電路與所述故障信號綜合處理電路連接。本實用新型能提高控制系統(tǒng)的計算與控制速度，使控制系統(tǒng)控制精度更高，通用性更強，提高橋式逆變電路的可靠性、安全性和應(yīng)對故障的能力。
【專利說明】—種基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及橋式逆變器，特別是一種基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著各種大功率電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染越來越多，嚴重威脅電網(wǎng)安全運行，需要實時對電網(wǎng)進行諧波治理和無功補償，這對基于橋式結(jié)構(gòu)的有源電力濾波器，靜止無功發(fā)生器等設(shè)備提出了更高的要求。有源電力濾波器不但要能夠快速地進行諧波和無功的檢測與補償，同時也需要具有較高的可靠性和遠程通信能力，控制系統(tǒng)具備進行自檢錯和自糾正的能力，實時與上位機交換數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對新的要求，目前在有源電力濾波器中廣泛使用智能化控制方法以提高補償精度和設(shè)備可靠性，這就需要高速運算能力的硬件控制平臺。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，提高控制系統(tǒng)計算與控制速度，使控制系統(tǒng)通用性更強，提高橋式逆變電路的可靠性、安全性和應(yīng)對故障的能力。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采樣的技術(shù)方案是:一種基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，包括控制DSP和采樣DSP，所述控制DSP與PWM信號驅(qū)動電路、電壓同步信號檢測模塊、故障信號綜合處理電路連接，所述控制DSP和采樣DSP雙向連接，所述采樣DSP與所述電壓同步信號檢測模塊、A/D采樣模塊連接，所述A/D采樣模塊與所述電壓同步信號檢測模塊、硬件保護電路連接；所述硬件保護電路與所述故障信號綜合處理電路連接。
[0005]所述電壓同步信號檢測模塊包括依次連接的電壓互感器、過零比較器、鑒相器、低通濾波器、電平轉(zhuǎn)換模塊和函數(shù)發(fā)生器。
[0006]所述PWM信號驅(qū)動電路包括依次連接的電平轉(zhuǎn)換器、肖特基二極管、施密特觸發(fā)器。
[0007]所述硬件保護模塊包括依次連接的雙電壓比較器、高速光耦、邏輯比較器、光電耦合電路。
[0008]所述A/D米樣模塊包括電流信號外部A/D米樣電路和電壓信號內(nèi)部A/D米樣電路；所述電流信號外部A/D采樣電路包括依次連接的第一濾波電路、第一同比放大電路、單極性轉(zhuǎn)雙極性電路；所述電壓信號內(nèi)部A/D采樣電路包括第二濾波電路、第二同比放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7656
[0009]所述故障信號綜合處理電路包括依次連接的隔離模塊、第一反相器、第一或與門、第二或與門；所述第二或與門和第三或與門、第二反相器連接，所述第三或與門輸入端與鎖存器連接；所述第二或與門經(jīng)第三反相器與快速光耦芯片連接；所述快速光耦芯片接入控制 DSP。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所具有的有益效果為:本實用新型采用雙DSP核心控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)計算與控制速度，提高了橋式逆變電路的控制精度；采用A/D采樣模塊，對控制精度要求高的信號利用AD7576進行外部采樣，對控制精度要求低的信號利用DSP的AD采樣口進行內(nèi)部采樣。該采樣模塊不僅保留自帶內(nèi)部采樣通道，同時擴展了AD7576提供了外部A/D采樣通道，能有效利用DSP資源，滿足不同信號的采樣要求，通用性更強；采用故障信號綜合處理模塊對直流側(cè)過電壓進行硬件保護，提高了橋式逆變電路的可靠性、安全性和應(yīng)對故障的能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是三相橋式逆變器的硬件框圖；
[0012]圖2是橋式逆變器控制電路板結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是雙DSP核心控制系統(tǒng)資源分配圖；
[0014]圖4是電網(wǎng)電壓同步信號檢測模塊實現(xiàn)框圖；
[0015]圖5是電流信號外部A/D采樣電路圖；
[0016]圖6是電壓信號內(nèi)部A/D采樣電路圖；
[0017]圖7是PWM信號驅(qū)動模塊電路圖；
[0018]圖8是硬件保護模塊電路實現(xiàn)框圖；
[0019]圖9是故障綜合處理模塊電路實現(xiàn)框圖。
【具體實施方式】
[0020]三相橋式逆變器的硬件圖如圖1所示，主要由電壓電流傳感器模塊、A/D采樣模塊、電網(wǎng)電壓同步信號檢測模塊、輔助供電電路模塊、雙DSP控制模塊、驅(qū)動電路模塊、主電路模塊組成。橋式電路為三相三橋臂主電路結(jié)構(gòu)模式，需要實時采樣的變量一共有12個，
分別是網(wǎng)側(cè)電流、H負載側(cè)電流L H逆變器輸出電流44、4，電網(wǎng)電壓
，直流側(cè)電壓《4。電網(wǎng)電壓信號通過電網(wǎng)電壓同步信號檢測模塊給控制系統(tǒng)提供基準信號，雙DSP控制模塊通過對采樣的電流電壓信號進行跟蹤控制，產(chǎn)生對應(yīng)的指令信號通過驅(qū)動電路模塊控制IGBT模塊的通斷，使橋式逆變電路輸出相應(yīng)的電流，達到治理諧波，補償無功等目的。
[0021]參見附圖2和附圖3，整個系統(tǒng)以雙DSP控制器為核心，結(jié)合外圍功能電流實現(xiàn)對橋式逆變器的控制。下面按功能模塊介紹各部分原理:
[0022]1.雙DSP間通信模塊
[0023]如圖3所示，雙DSP核心控制系統(tǒng)由采樣DSP和控制DSP組成，采樣DSP承擔各種電壓電流變量的采集、諧波和無功電流的計算和與上位機通信的功能，控制DSP作為整個橋式逆變器的主控芯片，控制橋式逆變器主電路的開關(guān)管開通和關(guān)斷，以產(chǎn)生相應(yīng)的諧波補償電流同時具備保護主電路和驅(qū)動電路的能力。兩塊DSP均采用TI公司的TMS320F28335芯片，兩塊DSP利用SPI串行通信接口實現(xiàn)了采樣DSP與控制DSP之間的高速串行通信。SPI接口有主和從兩種操作模式，其中采樣DSP為主模式DSP，控制DSP為從模式DSP。主機發(fā)送與從機接收相連，主機的接收與從機發(fā)送相連。當采樣DSP ^SPISTE引腳被拉低時，SPI通信使能。采樣DSP的SPI為整個網(wǎng)絡(luò)提供串行時鐘SPICLK，并通過寫入SPIDAT寄存器的數(shù)據(jù)啟動SPICLK信號從而啟動數(shù)據(jù)傳送。采樣DSP通過SPISMO與控制DSP的SPISIM0在SPICLK的時鐘信號下，向控制DSP傳送數(shù)據(jù)；控制DSP通過SPIS0MI與采樣DSP的SPIS0MI相連，將部分控制信號傳遞給采樣DSP。SPI通信接口能實現(xiàn)兩片DSP的高速全雙工通信。
[0024]2.電網(wǎng)電壓同步信號檢測模塊
[0025]如圖4所示，電網(wǎng)電壓同步信號檢測模塊采用鎖相環(huán)鎖相獲得。此電路對電網(wǎng)電壓進行取樣，經(jīng)過正弦波/方波轉(zhuǎn)換(過零比較器)、鑒相器、低通濾波器、電平轉(zhuǎn)換和正弦波發(fā)生器產(chǎn)生于電網(wǎng)電壓同頻同相的標準正余弦信號，送入DSP作為基準信號。其基本原理是利用電壓互感器對電網(wǎng)電壓進行取樣，然后通過過零比較器LM393，得到一個與電網(wǎng)電壓同步的方波信號，作為鑒相器CD4046的一個輸入，鑒相器、低通濾波器和函數(shù)發(fā)生器ICL8038組成一個鎖相環(huán)電路。當環(huán)路鎖定時，輸出正弦波與電網(wǎng)電壓同步。由于三相三線制配電系統(tǒng)中，沒有中線的存在，不能直接獲得A相電壓相位，本實用新型首先捕獲線電壓
Uas，然后利用線電壓和相電壓關(guān)系得到A相電壓的相位同步信號。
[0026]3.AD采樣模塊
[0027]本實用新型的AD采樣模塊包括了內(nèi)部AD采樣和外部AD采樣兩種采樣模式。對于采樣精度要求高的電流信號，本實用新型采用外部AD采樣方式。如圖5所示，電流信號通過霍爾電流傳感器，經(jīng)過采樣電阻和同相比例放大器送入AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中，AD7656能同時對6路采樣信號進行轉(zhuǎn)換，送入DSP。由于DSP28335自帶16個采樣精度12位的采樣通道口，本實用新型采用內(nèi)部AD采樣方式對電壓信號進行采樣，為了便于交流信號的采樣，如圖6所示對內(nèi)部AD采樣口進行了擴展，增加了雙極性轉(zhuǎn)單極性的調(diào)理電路。采用基準電壓芯片REF193產(chǎn)生3V的基準電壓，通過匹配電阻疊加基準電壓，將電壓信號的輸出轉(zhuǎn)為O?3V范圍內(nèi)，送入DSP內(nèi)部AD采樣口。
[0028]4.PWM信號驅(qū)動模塊
[0029]驅(qū)動電路是弱電聯(lián)系強電的中介，IGBT的驅(qū)動信號必須留有一定的死區(qū)時間，防止上下橋臂直通造成的短路。本實用新型采用英飛凌公司的2SP0115T給半橋模塊提供驅(qū)動。DSP控制器輸出的3.3V脈沖信號易受到干擾，如圖7所示，PWM驅(qū)動模塊采用電平轉(zhuǎn)換器MC14504B，將PWM信號發(fā)至15V，同時采用肖特基二極管將其鉗位在0-15V間，最后經(jīng)施密特觸發(fā)器增加PWM信號的驅(qū)動能力。
[0030]5.硬件保護與故障綜合處理模塊
[0031 ] 當直流側(cè)電容或交流側(cè)出現(xiàn)電流或過壓情況時會對直流側(cè)電容和IGBT甚至電路中其它的元器件造成損害，為保證裝置安全運行，本實用新型設(shè)計了硬件保護電路。硬件保護電路如附圖8所示，將實時檢測的直流側(cè)電壓信號和交流側(cè)電流信號分別送入比較器與所設(shè)定的安全限值比較，當檢測信號大于安全限值時，邏輯比較器輸出高電平，通過光隔4504送入后級邏輯電路，經(jīng)光耦TILl 13驅(qū)動繼電保護裝置動作，達到保護的目的。
[0032]如圖9所示，故障綜合處理電路主要功能包括接收開關(guān)器件IGBT模塊發(fā)出的六路SO故障并進行鎖存，接收硬件保護電路發(fā)送過來的直流側(cè)過壓保護信號以及DSP產(chǎn)生的軟件保護信號PWMLOCK信號和FAULT信號。當系統(tǒng)發(fā)出任意一個故障信號，故障綜合處理電路都能夠及時、準確的進行故障定位，找到發(fā)生故障的原因，輸出IGBT脈沖封鎖信號并并控制繼電保護裝置動作，將系統(tǒng)從電網(wǎng)中切除，確保系統(tǒng)和現(xiàn)場的安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，其特征在于，包括控制DSP和采樣DSP，所述控制DSP與PWM信號驅(qū)動電路、電壓同步信號檢測模塊、故障信號綜合處理電路連接，所述控制DSP和采樣DSP雙向連接，所述采樣DSP與所述電壓同步信號檢測模塊、A/D采樣模塊連接，所述A/D采樣模塊與所述電壓同步信號檢測模塊、硬件保護電路連接；所述硬件保護電路與所述故障信號綜合處理電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，其特征在于，所述電壓同步信號檢測模塊包括依次連接的電壓互感器、過零比較器、鑒相器、低通濾波器、電平轉(zhuǎn)換模塊和函數(shù)發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，其特征在于，所述PWM信號驅(qū)動電路包括依次連接的電平轉(zhuǎn)換器、肖特基二極管、施密特觸發(fā)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，其特征在于，所述硬件保護模塊包括依次連接的雙電壓比較器、高速光耦、邏輯比較器、光電耦合電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，其特征在于，所述A/D采樣模塊包括電流信號外部A/D采樣電路和電壓信號內(nèi)部A/D采樣電路；所述電流信號外部A/D采樣電路包括依次連接的第一濾波電路、第一同比放大電路、單極性轉(zhuǎn)雙極性電路；所述電壓信號內(nèi)部A/D采樣電路包括第二濾波電路、第二同比放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7656。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙DSP的通用型橋式逆變器控制電路板，其特征在于，所述故障信號綜合處理電路包括依次連接的隔離模塊、第一反相器、第一或與門、第二或與門；所述第二或與門和第三或與門、第二反相器連接，所述第三或與門輸入端與鎖存器連接；所述第二或與門經(jīng)第三反相器與快速光耦芯片連接；所述快速光耦芯片接入控制DSP。
【文檔編號】H02J3/18GK203933437SQ201420389145
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】羅安, 周娟, 肖華根, 劉清 申請人:湖南大學