文档介绍：第三章逆变系统的硬件设计与软件实现
逆变系统的基本结构
逆变系统是将直流电变换成交流电,逆变系统的核心就是逆变开关电路,即通过电力电子器件的开通与关断,完成逆变功能。电力电子器件的开通与关断需要控制电路的输出PWM信号。根据逆变系统功能的实际需要,本文设计的逆变系统主要由主电路、控制电路、保护电路、通讯电路、辅助电源、输入、输出滤波等几部分组成,。
逆变系统的基本结构组成
TMS320F2812 简介
逆变系统的控制核心本文选用TI公司TMS320F2812 DSP芯片,这是美国德州仪器(TI)公司2002年推出的新一代应用于工业控制领域的32位定点芯片,隶属于C2000系列,是TI公司当前工业应用的主流芯片,用来替代以前的C2xx和C24x,且与24x系列兼容,但是性能得到了极大的提高,增加和改进了许多功能[35][36]。TMS320F2812 ,F2812有以下特点:
TMS320F2812 的功能框图
(1) 高性能静态CMOS技术,更低的功耗,I/,,工作频率达到150 MHz。
(2) 支持标准的JTAG边界扫描技术,。
(3) 高性能的32位CPU,支持:
单周期完成1条32 * 32乘法或2条16 * 16乘法;
哈佛总线结构,单周期完成读~修改~写操作;
极快的中断响应和处理;
4M的程序/数据寻址空间;
高效率程序设计(可应用C/C++和汇编语言)。
(4) 片上存储器:
128K * 16 位FLASH存储器;
1K * 16位 OTP ROM;
18K * 16位 SRAM;
4K * 16 位 Boot ROM,软件引导模式。
(5) F2812支持4M * 16位外部存储空间,三个外部中断,外部中断扩展(PIE)支持45个外部中断[30]。
(6) 两个事件管理器(EVA和EVB):
6对互补的PWM+4个独立的PWM+死区控制;
6通道QEP,4个通用目的定时器。
(7) 串行外围设备:
串行外围接口(SPI);
两个串行通信接口(SCI),标准的UART;
增强的局域网络接口(eCAN);
多通道缓冲串行接口(McBSP)。
(8) 三个32位的全局定时器。
(9) A/D:2×8通道、12位、0~3V量程。
(10) 56个独立的可编程、多用途通用输入/输出(GPIO)引脚。
逆变系统硬件设计
基于TMS320F2812 ,主要由辅助电源、PWM驱动电路、GPIO模块、保护电路、ADC检测电路、以及通讯电路等几部分组成。
F2812通过ADC通道对输入、输出信号采样,根据控制算法进行相应处理,输出PWM信号驱动主电路工作;当输入、输出信号异常时,使逆变系统进入保护状态,停止工作;还与PIC16F877A进行串口通讯,交换数据。
主电路设计
1. 主电路拓扑结构
逆变器的主电路结构形式多种多样,有全桥型、半桥型及推挽型等。本系统的逆变装置采用全桥逆变结构,为了滤除高次谐波,逆变桥后级接有LC滤波器。小容量逆变电源因为输出容量小,电压和电流不大,因此开关器件多选用电力MOSFET。
本文设计的是220V 50HZ逆变电源,选用了全桥型带有工频隔离变压器的主电路结构,输入端加入了二极管D1与限流电阻R1,。当工作在独立逆变模式的时候,采用LC滤波;当逆变器工作在并网模式的时候,为了减少电容滤波对相位的影响采用L滤波,将电容C通过开关断开。
2. 滤波电路设计
,其截止频率为,当时,滤波器的衰减为0;当滤波器开始衰减[37]。
LC滤波电路
(1) 滤波电感的选择
滤波电感的选择尽可能滤除调制波的高次谐波分量,提高输出电压波形质量,滤波电感的高频阻抗与滤波电容的高频阻抗相比不能过低,即滤波电感的感值不能太小。为满足输出电压波形质量,要求一个采样周期中,电感电流的最大变化量小于允许的电感电流纹波。本文设计的逆变器的功率器件开关频率为15KHz,取为2KHZ。考虑到系统裕量,系统拟设计为输出为220V/50HZ 500W逆变器,则有:
()
式中R为滤波器的标称特性阻抗。
()
(2) 滤波电容的选择
滤波电容的作用是和滤波电感一起滤除输出电压中的高次谐波,从而改善输出电压的波形,滤波电容越大输出电压的THD值越小。然而从