基于DSP的逆变器数字控制技术

更新时间:2023-12-18 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:28256 浏览:131008

摘 要

本文研究了一种基于DSP的逆变器控制系统的设计与实现方法.逆变器具有广泛的用途,其性能的优劣主要由其控制系统决定.采用一种基于TMS320F28335为控制器的逆变器控制系统,对其硬件电路和软件控制方法进行了分析和设计.所设计的控制系统能满足多种逆变器应用场合的需要.

【关 键 词】逆变器DSPTMS320F28335

逆变器是电力变换装置的重要组成部分,广泛应用于工业、民用等各个领域.当前随着发电和用电设备的不断发展,对电力变换装置的安全性、可靠性等方面的要求也越来越高,对逆变器的性能要求也就相应提高.逆变器的性能主要由其控制系统决定,逆变器输出电流波形进行控制策略是其性能好坏的关键.逆变器主要由主电路、电源和逆变器控制电路组成.其中控制电路的主要组成部分包括:以DSP为核心的运算电路、通讯电路以及各种接口电路.本文就基于TMS320F28335为逆变器控制系统的数字控制技术进行探讨.


1TMS320F28335芯片

TMS320F28335是一种浮点型的数字信号处理器,它具有控制外设的集成功能和微处理器(MCU)的易用性,控制和信号处理能力强,C语言编程效率高,能够实现复杂的控制算法,它具有外设集成度高、精度高、成本低、功耗小等优势.主要特点有:

(1)具有32位高性能CPU和单精度浮点运算单元(FPU),可以进行16×16、32×32位的乘法累加操作,有2个16×16位乘法累加器;总线结构为哈佛流水线结构;可以快速执行中断响应;同时还有统一的寄存器编程模式.

(2)具有高性能静态CMOS技术.其晶振为30M,可以通过锁相环(PLL)倍频使主频达到150MHz,指令周期为6.67ns,能够满足控制芯片的高速处理要求.

(3)有三个32为CPU定时器,即定时器0、1、2.一般定时器0和1为普通定时器,定时器2做为控制系统用到的DSP/BIOS的片上实时系统,如果没用到DSP/BIOS,定时器2也可以做为普通定时器.

(4)具有增强的控制外设.PWM输出端口有18个,高分辨率脉冲宽度调制模块(HRPWM)6个;事件捕获输入端口6个;正交编码器通道(QEP)2个.

(5)具有16个转换通道的A/D转换器.转换时间为80ns,转换速度快;多路输入选择器有2×8个通道;保持器2个;可以进行单通道和连续通道的模式转换.

(6)支持JTAG边界扫描;具有分析和断点功能可以进行仿真模拟;硬件能够实时调试.

2数字控制核心单元设计

以TMS320F28335为控制系统的硬件电路主要由:电源、电压检测、电流检测、PWM信号输出、通讯、继电器控制等部分组成.传感器检测到的信号通过DSP作用进行数字滤波,再通过控制算法计算,得到一个PWM信号,该信号与输入量相对应,然后事件管理器EV产生这个信号输出给开关管的驱动电路.EV模块的设置至关重要,选用全比较单元CM-PR1、CMPR2、CMPR3.其采用连续增减计数模式,可以产生对称的PWM波,从而减少谐波.为了避免上下两个开关管导通,还设置了相应的死区单元.

基于TMS320F28335的ADC电路输入电压范围比较小,为0-3V,容易受到干扰,并且还需要CC3.3、CC1.9以及2.5V的参考电源三路电压,电源比较复杂,不容易满足三相电压电流采样时对同步性的要求.所以选用采样AD7657进行采样速率更高,有利于电路的整体设计和性能的提高.

控制系统硬件的设计还包括信号调理电路设计,交流信号调节选用HPT205NBJ-1电压互感器,同时将交流和直流信号隔离.为满足AD7657的输入电压范围,电压互感器输出有效值应小于3.53V.

3控制系统软件设计

由于TMS320F28335具有单精度浮点运算单元(FPU),所以能够用高级语言来实现软件控制,并且能用C/C++语言实现复杂数学算法的运算.无需额外的微控制器,就能够有效完成系统控制和数学运算任务.TMS320F28335的32×32位乘法器,具有64位的处理能力,能够处理高数字分辨率的问题.此外,它具有快速反应中断,系统软件属于实时控制软件等特点.

所以在设计软件时,在考虑硬件配置和特点的同时,也要考虑软件的功能性和快速性.软件由主程序和中断程序两部分组成,主程序主要是进行初始化,设置各功能模块以及其工作方式;初始化设定完成后,系统进入等待状态,一旦中断产生,系统进入中断程序.

选用定时器中断,在中断程序时完成直流侧电压软启动、AD转换、AD校准、坐标变换和控制算法的实现,而后产生PWM信号实现控制主电路的目的.软启动程序能够使直流侧电容电压缓慢升高,以防止升高过快造成电容损坏.在中断中设标志位,当芯片上电时,进行初始化,开始执行软启程序,直流侧电压每20ms上升1V,达到设定电压后,在下次中断开始执行控制程序.另外,在中断程序中还包括了电路中的过压、过流保护程序.

4结束语

使用基于TMS320F28335的逆变器,电流中高次谐波含量非常低,符合并网要求.当给定电流发生突变时,逆变器能够快速的调节实际电流值,具有很好的动态性能,符合实际应用要求.

基于TMS320F28335的逆变器控制系统,比传统的模拟控制具有计算能力强、算法灵活、可靠性强等优势,能够体现所设计的控制算法,二者结合设计出的逆变器可以用于高功率因数并网,具有电流谐波污染低、控制精度高、系统稳定、可靠性强等特点,能够适应多种逆变器应用场合的需要.