基于DSP實(shí)現(xiàn)可并機(jī)的逆變電源

摘要：介紹了一種可并機(jī)的逆變電源的結(jié)構(gòu)和原理，并以Motorola公司的DSP56F805型數(shù)字信號(hào)處理器作為控制核心，且給出了硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明此系統(tǒng)的控制獲得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：逆變器；并聯(lián)；數(shù)字信號(hào)處理器

　

1  引言

     信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)供電系統(tǒng)的容量、性能和可靠性要求越來(lái)越高，也推動(dòng)著電力電子技術(shù)的研究不斷深入。多模塊并聯(lián)實(shí)現(xiàn)大容量電源被公認(rèn)為當(dāng)今電源變換技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

     對(duì)于實(shí)現(xiàn)大容量的逆變電源，同樣也可以采用并聯(lián)技術(shù)。由于逆變電源常采用新型全控功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成單元模塊，受功率開(kāi)關(guān)器件容量限制，單個(gè)逆變電源模塊的容量是十分有限的，通過(guò)多個(gè)模塊并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容，不僅可以充分利用新型全控功率開(kāi)關(guān)器件的優(yōu)勢(shì)，減少系統(tǒng)的體積，降低噪聲，還可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和逆變器的通用性。

1.1  逆變電源并機(jī)的原理

     交流電源間的并聯(lián)運(yùn)行遠(yuǎn)比直流電源并聯(lián)運(yùn)行復(fù)雜，由于是正弦波輸出，必須要解決以下問(wèn)題：

     1）兩臺(tái)或多臺(tái)投入并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，相互間及系統(tǒng)的頻率、相位、幅度必須達(dá)到一致或小于容許誤差時(shí)才能投入，否則會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定或各逆變單元間產(chǎn)生環(huán)流；

     2）并聯(lián)工作過(guò)程中，各逆變單元輸出必須保持一致，否則，頻率微弱差異的積累將造成系統(tǒng)輸出幅度的周期性變化和波形畸變，相位不同使輸出幅度不穩(wěn)；

     3）均流要求高，均流包括有功和無(wú)功均流，即功率的平均分配包括有功功率和無(wú)功功率的平均分配；

     4）故障保護(hù)除單元內(nèi)部故障保護(hù)外，當(dāng)均流或同步異常時(shí)，要將相應(yīng)有故障的逆變單元切除，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

     解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵是解決均流問(wèn)題，鑒于此，采用有功和無(wú)功并聯(lián)控制方式。

     該控制方式實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)功率偏差控制。當(dāng)并聯(lián)逆變單元出現(xiàn)輸出有功或者輸出無(wú)功不一致時(shí)，通過(guò)檢測(cè)出本單元的有功或無(wú)功偏差值，來(lái)調(diào)節(jié)逆變單元輸出電壓的相位和幅值，保證每一個(gè)逆變單元輸出的有功與無(wú)功相等，達(dá)到均流的目的。圖1是兩個(gè)逆變單元并聯(lián)給負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)模型。逆變單元1的輸出有功P1和無(wú)功Q1分別為：

     P₁=E₁Usinδ₁/X（1）

     Q₁=(E₁Ucosδ₁－U²)/jX（2）

     逆變單元2的輸出有功P₂和無(wú)功Q₂分別為：

     P₂=E2Usinδ₂/X（3）

     Q₂=(E₂Ucosδ₂－U²)/jX（4）

     由式（1）～式（4）可知，有功的大小主要取決于功率角δ，無(wú)功的大小主要取決于逆變單元的輸出幅值E₁和E₂，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)功率角δ來(lái)調(diào)節(jié)輸出有功功率的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變單元輸出電壓的幅度來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功的大小，從而可實(shí)現(xiàn)各輸出電源模塊的均流。

圖1  兩個(gè)逆變單元并聯(lián)給負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)模型

1.2  逆變電源并機(jī)的數(shù)字控制

     早期的微處理器運(yùn)算速度有限，通常只具有給定正弦波的發(fā)生、控制逆變電源的開(kāi)關(guān)及實(shí)現(xiàn)保護(hù)顯示等功能，逆變電源的核心——逆變器的控制仍然需要模擬電路的參與。隨著電機(jī)控制專(zhuān)用DSP的出現(xiàn)和控制理論的發(fā)展，使得逆變電源的控制技術(shù)朝著全數(shù)字化的方向發(fā)展。

     逆變電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

     1）每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進(jìn)行均流控制和通信，或者在模塊中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法，從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變單元并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)；

     2）易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使得逆變電源的智能化程度更高，性能更完美；

     3）控制靈活，維護(hù)方便，系統(tǒng)的一致性好，成本低。

     正弦波逆變電源的控制策略有PLD控制、無(wú)差拍控制、模糊控制等。對(duì)于高性能的逆變電源的設(shè)計(jì)，模糊控制器有著以下優(yōu)點(diǎn)：

     1）模糊控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，模糊控制器有著較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性；

     2）查找模糊控制表只須占用處理器很少的時(shí)間，因而可以采用較高采樣率來(lái)補(bǔ)償模糊規(guī)則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的偏差。

2  系統(tǒng)概述

2.1  系統(tǒng)特性

     1）基于DSP56F805全數(shù)字化設(shè)計(jì)，控制元器件少，可靠性高，穩(wěn)定度高；

     2）高可靠性SPWM設(shè)計(jì)；

     3）采用CAN總線技術(shù)，并機(jī)安裝方便；

     4）可實(shí)現(xiàn)N＋1逆變單元并聯(lián)擴(kuò)容；

     5）各逆變單元獨(dú)立工作，民主均流；

     6）采用獨(dú)特調(diào)控原理，“均流不平衡度”≤2％；

     7）可帶電熱更換，操作維護(hù)方便；

     8）輸出電壓精度高，為220(1±1％)V；

     9）輸出頻率精度高，為50±0.001Hz；

     10）全LCD數(shù)字顯示、測(cè)量，菜單控制操作，便于對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

     11）智能化控制，RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，可方便實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理；

     12）保護(hù)功能全，具有直流輸入極性反接保護(hù)，直流輸入電壓過(guò)高、過(guò)低保護(hù)，輸出電壓過(guò)高保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，短路保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)等。

2.2  系統(tǒng)概述

2.2.1  逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)

     本逆變電源以DA2000HP（2000VA）逆變單元為核心，配以監(jiān)控器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)等，組成一個(gè)完整的逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)。DA-HP逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)工作原理框圖見(jiàn)圖2。

圖2  DA-HP逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)工作原理框圖

     本系統(tǒng)工作時(shí)，首先每臺(tái)逆變單元DA2000HP進(jìn)行自檢，當(dāng)檢測(cè)到輸入電壓、溫度和硬件都正常后進(jìn)行同步和鎖相，最后逆變單元送出交流電壓。當(dāng)檢測(cè)到輸入電壓超低或超高、溫度超高或硬件故障，逆變單元停止輸出。逆變單元正常工作時(shí)，實(shí)時(shí)通過(guò)CAN總線檢測(cè)系統(tǒng)的電壓、電流、相位等參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)逆變單元之間同相及均流，同時(shí)并聯(lián)CAN總線與同步總線實(shí)時(shí)地把系統(tǒng)的參數(shù)、狀態(tài)送給監(jiān)控器，監(jiān)控器通過(guò)RS?232接口把系統(tǒng)的參數(shù)、狀態(tài)送給微機(jī)。在工作過(guò)程中，若逆變單元檢測(cè)到故障，則快速進(jìn)行“脫機(jī)”處理，即把出故障的逆變單元從系統(tǒng)中脫離，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定，同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)及信息，提醒用戶(hù)及時(shí)處理。

     系統(tǒng)中的靜態(tài)開(kāi)關(guān)的作用是保證用戶(hù)負(fù)載供電的不間斷，當(dāng)逆變系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)及時(shí)接通市電，斷開(kāi)逆變系統(tǒng)，負(fù)載由市電供電。

2.2.2  逆變單元

     DA2000HP逆變單元采用DSP芯片DSP56F805及先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)，使得逆變單元的變換、控制、反饋、測(cè)量、顯示、通信等實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制和管理。同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的軟件技術(shù)，控制和保護(hù)關(guān)鍵電路，盡可能減少整機(jī)元器件的數(shù)量，降低由于溫度、老化等問(wèn)題引起的不穩(wěn)定因素，提高逆變單元的穩(wěn)定性和可靠性。

     DA2000HP逆變單元工作原理框圖見(jiàn)圖3。

圖3  DA2000HP逆變電源工作原理框圖  [!--empirenews.page--]

     DA2000HP逆變單元主變換電路采用高可靠性的單端高頻功率變換電路，變換頻率為64kHz。直流輸入通過(guò)輸入濾波器、輸入斷路器、輸入接觸器送入單端高頻功率變換電路，經(jīng)過(guò)變換，變壓器次級(jí)輸出高壓正弦調(diào)制波形。高壓正弦調(diào)制波形經(jīng)過(guò)高頻濾波器濾去高頻成分，得到100Hz半橋正弦波。100Hz半橋正弦波經(jīng)過(guò)50HzIGBT逆變橋變換得到50Hz220V純凈的正弦波。最后，50Hz220V純凈的正弦波通過(guò)輸出接觸器、輸出斷路器、輸出濾波器送給負(fù)載。

     為了提高逆變單元的可靠性和負(fù)載適用性，在50HzIGBT逆變橋前增加補(bǔ)償器及損耗器。

     DA2000HP逆變單元采用的算法是模糊控制算法，把電壓誤差和電流作為輸入模糊變量，實(shí)現(xiàn)逆變單元模糊控制。

2.3  DSP56F805簡(jiǎn)介

     Motorola公司開(kāi)發(fā)的數(shù)字信號(hào)處理器DSP56F805具有16位高速定點(diǎn)運(yùn)算能力，既有單片機(jī)（MCU）靈活控制功能和豐富的外設(shè)，又有DSP高速運(yùn)算能力，非常適合電源控制、電機(jī)控制、工業(yè)控制、儀表制造等領(lǐng)域。這種型號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理芯片具有如下優(yōu)點(diǎn)：

     1）很高的處理速度

     ——單指令執(zhí)行周期為25ns（工作頻率為80MHz時(shí)），即每s可執(zhí)行40M條指令；

     ——單周期16×16并行乘-累加器；

     2）特有的并行結(jié)構(gòu)

     ——采用Harvard結(jié)構(gòu)，程序區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)的存儲(chǔ)單元是分開(kāi)的，高效16位DSP56800DSP內(nèi)核；

     ——3條內(nèi)部地址總線和1條外部地址總線；

     ——4條內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和1條外部數(shù)據(jù)總線；

     3）編程靈活

     ——具有類(lèi)似單片機(jī)的編程方式；

     ——支持高級(jí)C語(yǔ)言編程；

     ——開(kāi)發(fā)方便，靈活的EVM板及豐富的SDK軟件包；

     4）高度集成的內(nèi)部資源

     ——片上集成閃存（Flash）及RAM，計(jì)有31.5K×16位的程序Flash，512×16位程序RAM，4K×16位的數(shù)據(jù)Flash，2K×16位數(shù)據(jù)RAM，2K×16位的啟動(dòng)Flash；

     ——2個(gè)獨(dú)立的PWM模塊，每個(gè)PWM模塊帶有6個(gè)可獨(dú)立編程PWM輸出腳，3個(gè)電流傳感取樣腳和4個(gè)故障檢測(cè)輸入腳，支持中心對(duì)準(zhǔn)PWM和邊沿對(duì)準(zhǔn)PWM工作方式；

     ——可同時(shí)工作的2個(gè)12位ADC模塊，每個(gè)ADC模塊包含4路輸入腳，ADC模塊可與PWM模塊同步工作；

     ——14路獨(dú)立的輸入輸出口，18路復(fù)用的輸入輸出口；

     ——1個(gè)CAN2.0模塊；

     ——2個(gè)異步串行口（SCI）和1個(gè)同步串行口（SPI）；

     ——2個(gè)微分解碼器；

     ——4組計(jì)數(shù)定時(shí)器；

     ——內(nèi)置COP模塊，方便完成看門(mén)狗（Watchdog）功能；

     ——2個(gè)外部中斷源；

     ——可編程的PLL時(shí)鐘；

     ——JTAG/OnCE接口，方便調(diào)試及生產(chǎn)。

3  系統(tǒng)硬件

     系統(tǒng)硬件電路包括主控單元，A/D電路，PWM電路，并機(jī)與同步電路，檢測(cè)、控制及顯示電路，JTAG/OnCE電路，RS-232、時(shí)鐘及電源電路等。主控芯片用了一片144-pinLQFP封裝的DSP56F805數(shù)字信號(hào)處理器，具體電路如圖4。

圖4  系統(tǒng)硬件

3.1  主控單元

     硬件以DSP56F805為中心，充分利用其 A/D、PWM、內(nèi)部Flash、CAN等自帶功能，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

     系統(tǒng)工作正常時(shí)，PWMA0～PWMA1腳輸出一對(duì)SPWM波形，通過(guò)隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)單端變換電路功率管（MOSFET），再經(jīng)過(guò)主變壓器升壓，次級(jí)得到高壓SPWM正弦調(diào)制波形，經(jīng)過(guò)L、C濾波得到純凈的100Hz半橋正弦波。PWMA2～PWMA3腳輸出一對(duì)PWM波形，通過(guò)隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率管（IGBT），得到50Hz220V純凈的正弦波。PWMA4作為D/A轉(zhuǎn)換，經(jīng)濾波成直流信號(hào)，通過(guò)隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)損耗器。PWMB0～PWMB2作為輸出口，根據(jù)無(wú)功功率，選擇適當(dāng)?shù)碾娙荩ㄟ^(guò)隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償器。A/D電路時(shí)刻檢測(cè)輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、機(jī)內(nèi)溫度等參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)超過(guò)軟件的設(shè)定值，DSP立即關(guān)斷SPWM信號(hào)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外，F(xiàn)AULTA0作為輸出過(guò)流取樣，一旦FAULTA0電壓超過(guò)閾值，DSP立即關(guān)斷PWM輸出。

3.2  A/D電路

     DSP56F805的ADC模塊具有下述特點(diǎn)：

     1）12位精度；

     2）同時(shí)或連續(xù)采樣工作方式；

     3）同時(shí)采樣工作方式下，8個(gè)通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為26.5ADC時(shí)鐘周期，即26.5×0.2μs=5.3μs；

     4）可由PWM的內(nèi)部同步信號(hào)或定時(shí)器或外部信號(hào)觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換。 [!--empirenews.page--]

     為提高轉(zhuǎn)換速度，本系統(tǒng)采用同時(shí)采樣工作方式，并由PWMA內(nèi)部同步信號(hào)觸發(fā)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2個(gè)ADC模塊的配對(duì)情況如下：

     AN0（100Hz電流取樣）——AN4（100Hz電壓取樣）；

     AN1（輸出交流電流取樣）——AN5（輸出交流電壓取樣）；

     AN2（輸入直流電壓取樣）——AN6（吸收管電流取樣）；

     AN3（溫度取樣）——AN7（參考電壓1.25V）。

     由于ADC采樣的量有直流量和交流量，故對(duì)兩種不同的量需進(jìn)行分別處理。

     直流量（輸入直流電壓、溫度及參考電壓1.25V）采用一般的數(shù)字濾波處理方式，表達(dá)式如式（5）。

     X=（5）

式中：X為A/D采樣結(jié)果；

      X（n－1）為第n－1次的采樣結(jié)果；

      X（n）為第n次的采樣結(jié)果；

      K₁、K₂為修正系數(shù)。

     交流分量包括100Hz電壓、電流、輸出電壓、電流、吸收管電流。在一個(gè)周期內(nèi)（10ms）采樣160次，根據(jù)式（6）～式（8）算出有關(guān)的功率值。

     S=K_s[|U(i)|×|I(i)|]（6）

     P=K_p[U(i)×I(i)]（7）

     Q=（8）

式中：S為視在功率；

      P為有功功率；

      Q為無(wú)功功率；

      K_s、K_p為修正系數(shù)。

3.3  PWM電路

     DSP56F805 PWM模塊具有以下主要特點(diǎn)：

     1）3組互補(bǔ)的PWM對(duì)或6個(gè)獨(dú)立的PWM；

     2）死區(qū)可調(diào)；

     3）半周期重裝載能力；

     4）20mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。

     本系統(tǒng)2個(gè)PWM模塊工作方式如下：

     PWMA0，PWMA1（SPWM0，SPWM1）工作于互補(bǔ)的PWM對(duì)，用于產(chǎn)生SPWM調(diào)制波，載波為64kHz，調(diào)制波為100Hz；

     PWMA2，PWMA3（PWM0，PWM1）工作于軟件控制的I/O，產(chǎn)生50Hz方波信號(hào)。把100Hz半波變換為50Hz全波；

     PWMA4（D/A）工作于D/A，根據(jù)機(jī)內(nèi)溫度或損耗產(chǎn)生修正的信號(hào)調(diào)整吸收功率管；

     PWMB0，PWMB1，PWMB2（F0～F2）工作于軟件控制的I/O，用以控制補(bǔ)償電路。

3.4  并機(jī)與同步電路

     同步電路由PA0，PA1完成，其中PA0為輸入腳，檢測(cè)外部（其它的逆變單元）的50Hz同步信號(hào)，PA1為輸出腳，用以送出本機(jī)的50Hz同步信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)上電后，本機(jī)先檢測(cè)有無(wú)外部同步信號(hào)，若有則本機(jī)跟蹤外部的信號(hào)，并發(fā)出一個(gè)同步信號(hào)，若無(wú)則工作于本機(jī)的同步信號(hào)。

     并機(jī)由CAN完成。CAN模塊負(fù)責(zé)收集其它逆變單元的狀態(tài)值（電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率等）并發(fā)送本身的狀態(tài)值。

3.5  檢測(cè)、控制及顯示電路

     1）PD2設(shè)置為輸入口，當(dāng)S1開(kāi)關(guān)合上后電源才啟動(dòng)；

     2）PD6，PD7設(shè)置為輸入口，分別檢測(cè)輸入接觸器狀態(tài)及輸出斷路器狀態(tài)，只有兩個(gè)都正常逆變單元才工作；

     3）PB0～PB7，PD0，PD1，PE2為L(zhǎng)CD顯示控制電路，其中PE2為輸入口，為顯示菜單按鍵S2，PD0，PD1為輸出口，控制LCD的RS及E，PB0～PB7為輸出口，送出信號(hào)給LCD的數(shù)據(jù)口DB0～DB7；

     由于采用16×2位字符型LCD模塊，查手冊(cè)知LCD的門(mén)限電壓為

     V_ih(min)=2.2V，V_il(max)=0.6V，

     符合DSP芯片的邏輯，故DSP56F805可直接驅(qū)動(dòng)LCD，不須電平轉(zhuǎn)換；

     4）PD3～PD5，PE4～PE7為輸出口，分別控制有關(guān)指示燈及繼電器等。

3.6  JTAG/OnCE電路

     DSP56F805提供JTAG/OnCE電路可方便用戶(hù)把程序?qū)懭肫瑑?nèi)的Flash閃存，也方便用戶(hù)在線編程、修改和升級(jí)軟件。

3.7  RS-232、時(shí)鐘及電源電路

     DSP56F805內(nèi)帶兩組SCI，本系統(tǒng)用了SCI0作為RS232接口，若單機(jī)使用時(shí)RS232作為通信口與PC機(jī)相連，若并機(jī)使用，則該口不用，由主監(jiān)控器負(fù)責(zé)與PC機(jī)通訊。

     DSP56F805有一個(gè)帶PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘單元，通過(guò)軟件編程可方便改變DSP的時(shí)鐘。

     DSP56F805主電路由＋3.3V供電。

     為防止噪聲干擾影響A/D轉(zhuǎn)換精度，A/D采用獨(dú)立供電系統(tǒng)。

     若外部的數(shù)字電路有＋5V供電系統(tǒng)，與DSP接口必要時(shí)須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

4  系統(tǒng)軟件

4.1  軟件原理

     系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字正弦信號(hào)，并穩(wěn)定輸出信號(hào)電壓，管理各種設(shè)備，并且完成并機(jī)的協(xié)調(diào)工作。

     系統(tǒng)軟件通過(guò)查表的方式把數(shù)字信號(hào)送到脈沖寬度調(diào)制電路形成正弦信號(hào)Us，通過(guò)對(duì)輸出信號(hào)的采樣反饋得到U_f，經(jīng)過(guò)修正輸出正弦信號(hào)的幅值以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5  穩(wěn)壓反饋原理圖

     考慮到電感性負(fù)載對(duì)逆變器工作的損害，本機(jī)采用電容補(bǔ)償。在對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行密集采樣之后，算出視在功率S、有功功率P及無(wú)功功率Q，

     S=K_s[|U(i)|× |I(i)|]（9）

     P=K_p[U(i)×I(i)]（10）

      Q=（11）

      根據(jù)無(wú)功功率的大小和本機(jī)的特性參數(shù)，設(shè)定無(wú)功功率允許窗口，利用查表方法投入適當(dāng)?shù)碾娙萁M合，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?

4.2  軟件模塊結(jié)構(gòu)

     本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)可分為7個(gè)模塊：系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊、補(bǔ)償模塊、并機(jī)均流模塊、故障檢測(cè)處理模塊、顯示模塊、通信模塊。其流程如圖6所示。

圖6  軟件模塊框圖 [!--empirenews.page--]

4.2.1  系統(tǒng)初始化模塊

     系統(tǒng)初始化模塊包括：中斷及優(yōu)先權(quán)設(shè)置、PWM設(shè)置、定時(shí)設(shè)置、A/D設(shè)置、通用輸入輸出口設(shè)置、通信口設(shè)置等。系統(tǒng)初始化模塊是DSP工作的開(kāi)始，程序放在DSP_ init()子程序及appcofig.h程序中。

4.2.2  數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊

     數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊，又分為信號(hào)采樣及處理模塊、輸出穩(wěn)定模塊、PWM重加載中斷服務(wù)模塊等3個(gè)子模塊。

     其中信號(hào)采樣及處理模塊又分為：A/D采樣，有功功率計(jì)算，無(wú)功功率計(jì)算，功率因數(shù)計(jì)算，輸出電壓有效值計(jì)算，輸出電流有效值計(jì)算等。

     輸出信號(hào)穩(wěn)定模塊主要任務(wù)是根據(jù)給定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（輸出220V）和輸出的反饋信號(hào)之差采用模糊算法，以最快的速度把輸出電壓調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。

     PWM重加載中斷優(yōu)先級(jí)最高。為保證以最快的速度完成PWM重加載工作，此程序采用匯編語(yǔ)言，利用DSP56F805的快速16位數(shù)的乘法，在約3μs內(nèi)完成重加載的計(jì)算工作。

4.2.3  補(bǔ)償模塊

     逆變器在帶感性負(fù)載時(shí)，一方面功率因數(shù)降低，降低了逆變器的有功功率，另一方面滯后的電流會(huì)給逆變器帶來(lái)危害。補(bǔ)償模塊的作用是在帶感性負(fù)載時(shí)，用投入適當(dāng)電容的方法對(duì)感性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)信號(hào)采樣模塊計(jì)算出無(wú)功功率Q和本機(jī)最大允許無(wú)功功率ΔQ，采用模糊算法以最快的速度把無(wú)功功率調(diào)整到允許范圍內(nèi)。

4.2.4  并機(jī)均流模塊

     并機(jī)均流模塊是為多單元并聯(lián)輸出時(shí)用的。它不僅保證各單元輸出電壓的幅度、頻率、相位一致，而且還要求各單元的輸出負(fù)載均流。通過(guò)CAN總線對(duì)參與并機(jī)的各單元電流進(jìn)行分析、計(jì)算，使本單元電流為總電流的1/N，達(dá)到均流的目的。

     定時(shí)鎖相電路用來(lái)檢測(cè)相位和頻率，使數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生器輸出的相位和頻率一致。

4.2.5  故障檢測(cè)處理模塊

     故障檢測(cè)處理模塊分別對(duì)輸入電壓太高或太低、輸出電壓太高或太低、輸出過(guò)載，PWM電路故障、機(jī)內(nèi)溫度、開(kāi)關(guān)管狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)所檢測(cè)的故障分為兩類(lèi)分別進(jìn)行不同情況處理：對(duì)于非致命性故障采用故障顯示及報(bào)警；對(duì)于致命性故障除采用故障顯示及報(bào)警外，還關(guān)閉PWM工作以防進(jìn)一步損害其它器件。

4.2.6  顯示模塊

     顯示模塊是用來(lái)顯示逆變電源的工作狀態(tài)和參數(shù)，顯示的參數(shù)主要有V_in、I_in、V_out、I_out、P_out、θ等。由于采用16X2的LCD，每次只能顯示V_out及另一個(gè)參數(shù)，通過(guò)循環(huán)按動(dòng)S₂鍵可顯示其它參數(shù)。

4.2.7  通信模塊

     通信模塊是獨(dú)立于其它模塊單獨(dú)工作的，通過(guò)CAN總線管理進(jìn)行多單元通信工作。各并聯(lián)運(yùn)行的單元之間，采用數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)包中包含有一個(gè)數(shù)據(jù)包標(biāo)志及若干個(gè)數(shù)據(jù)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)中又包含了參與并聯(lián)單元的標(biāo)識(shí)號(hào)、輸出電流值等信息。通信模塊就是負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收工作，它是獨(dú)立工作的。它和并機(jī)均流模塊采用通信的方式傳送數(shù)據(jù)，并機(jī)均流模塊計(jì)算出本機(jī)的輸出電流后把它放在緩沖區(qū)內(nèi)，并通知通信模塊發(fā)送信號(hào)，當(dāng)通信模塊收到并機(jī)均流模塊的發(fā)送信號(hào)后，等到數(shù)據(jù)包到達(dá)本機(jī)后，本機(jī)狀態(tài)加入數(shù)據(jù)包中并發(fā)送出去，同時(shí)也向并機(jī)均流模塊發(fā)送有效數(shù)據(jù)包信號(hào)。并機(jī)均流模塊收到通信模塊發(fā)送來(lái)的信號(hào)后就到緩沖區(qū)中取走數(shù)據(jù)。

     本系統(tǒng)采用Motorola公司的MSCAN軟件進(jìn)行CAN通信軟件的編程，方便快捷。

4.3  主程序清單

     主程序框圖見(jiàn)圖7，主程序清單如下：

main ( )

{

Dsp_init ( ) ; /＊ 系 統(tǒng) 初 始 化 ＊ /

adc_tans ( ) ; /＊ 輸 入 電 壓 采 樣 ＊ /

chech_VI _ IAI_TT( ); /＊ 檢 查 輸 入 電 壓 是 否 合 適 ＊ /

while ( 1 )

{

if ( PWMA_INT_F!=0 ) /＊ 是 否 有 PWM重 加 載 中 斷 到 來(lái) ＊ /

{

adc_trans ( ) ; /＊ 把 A/D采 樣 結(jié) 果 送 入 相 應(yīng) 緩 沖 區(qū) ＊ /

bace_hot_protect( ); /＊ 送 出 脈 沖 調(diào) 寬 波 形 到 PWMA4 ＊ /

if(OP_FLAG!=0 ) /＊ 判 斷 是 否 過(guò) 零 ＊ /

{

phase_Output_U2_Change ( ) ; /＊ 橋 式 開(kāi) 關(guān) 倒 相 ＊ /

Move_Buffers ( ) ; /＊ 將 第 一 級(jí) 緩 沖 區(qū) 內(nèi) 容 轉(zhuǎn) 存 到 第 二 級(jí) 緩 沖 區(qū) ＊ /

Multiple_count ( ); /＊ 計(jì) 算 有 功 功 率 P， 視 在 功 率 S、 電 壓 有 效 值 、 電 流 有 效 值 ＊ /

If ( STRAT_FLAG = 0 ) /＊ 是 否 剛 開(kāi) 機(jī) ＊ /

{

Narmal_V2_corr_kh ( ); /＊ 正 常 計(jì) 算 脈 寬 ＊ /

}

else

{

Start_V2_corr_kk ( )； /＊ 慢 起 動(dòng) ， 計(jì) 算 脈 寬 ＊ /

}

count_IACP ( ) ; /＊ 均 流 計(jì) 算 ＊ /

count_power_compensate ( ) ; /＊ 功 率 因 素 補(bǔ) 償 計(jì) 算 ＊ /

check_VI_IAI_TT ( ); /＊ 檢 測(cè) 輸 入 電 壓 是 否 異 常 ， 是 否 過(guò) 載 ， 溫 度 是 否 過(guò) 高 ＊ /

}

}

}

} [!--empirenews.page--]

中 斷 程 序 如 下 ：

void PWM_Reload_A_callback ( void ) ; /＊ PWMA重 加 載 中 斷 ， 根 據(jù) 相 位 送 出 不 同 指 令 ＊ /

void SX_callback ( void ) ; /＊ 鎖 相 中 斷 ＊ /

void HSCAN_Callback ( void ) ; /＊ MSCAN 中 斷 收 發(fā) 程 序 ＊ /

　

圖7  主程序流程圖

4.3  特殊軟件算法說(shuō)明

     本機(jī)需要調(diào)整的量有：輸出電壓幅度、頻率、相位、功率因數(shù)、均流等，所有的算法都采用模糊算法。

     輸出電壓調(diào)整的輸入變量有電壓偏差E和變化率ΔE，輸出控制量為脈沖寬度Z_c，因此對(duì)輸入變量

     定義了兩個(gè)語(yǔ)言：電壓偏差和變化率。電壓偏差其模糊值為5個(gè)，即低、較低、中等、較高、高。對(duì)于變化率有3個(gè)模糊值，即減小、不變和增大。根據(jù)以上定義作相應(yīng)的模糊判決。

     功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)妮斎胱兞繛橛泄β势睿捶答仧o(wú)功功率和允許無(wú)功功率之差），其模糊值有3個(gè)，即負(fù)、正好、過(guò)大。其輸出控制量為投入電容的容量，電容的容量組合有8種，可根據(jù)有功功率偏差來(lái)確定電容的容量組合。

5  實(shí)驗(yàn)結(jié)果

     我們采用DSP56F805做出2臺(tái)逆變電源樣機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果令人滿(mǎn)意。

     圖8為50Hz驅(qū)動(dòng)波形，圖9為100Hz半波波形，圖10、圖11為SPWM波形。

圖8  50Hz驅(qū)動(dòng)波形

圖9  100Hz半波波形

圖10  SPWM調(diào)制波形（低頻）

圖11  SPWM調(diào)制波形（高頻）

     主要技術(shù)參數(shù)如下：

     輸入電壓     DC40～60V

     輸出電壓     AC220（1±1％）V

     輸出頻率     50Hz±0.001Hz

     輸出功率     2000VA

     均流偏差     ≤2％

     整機(jī)效率     ≥89％

6  結(jié)語(yǔ)

     本文介紹了基于DSP56F805數(shù)字化控制的可并機(jī)的逆變電源原理，提出了控制信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的正確性，取得了較好的結(jié)果。基于DSP56F805控制的可并機(jī)的逆變電源具有實(shí)時(shí)性好、控制精度高、開(kāi)發(fā)方便和成本低等優(yōu)點(diǎn)。