基于tms320f2812的光伏发电逆变系统

基于tms320f2812的光伏发电逆变系统内容摘要：

过上述的采样电路采样相应的信号量，在进行幅值上的衰减后与设定的阈值比较，超过此电压阈值就保护。 具体电路如图 ，前一级对信号进行衰减，然后通过二极管 峰值 检波电路，取得信号的峰值，与相 应的阈值比较，产生保护信号。 为了使系统安全运行，产生保护信号后，应立即锁存该信号，同时关断全桥逆变器的四个 IGBT管，保护信号锁存电路如图。 产生最终保护锁存信号，通过逻辑门，关闭上述驱动电路的驱动信号，从而使全桥逆变器的四个IGBT有效关 断。 数字控制部分硬件电路设计 数字控制部分是逆变器的核心，是实现逆变器控制策略的 关键 装置。 为了实现上述章节对太阳能光伏发电逆变控制策略的复杂算 法，我们采用最高运行速度达 150MIPS 的具有强大运算能力的 数字信号处理器 TMS320F2812 作为主控制芯片，设计了一套基于 数字控制 技术的太阳能光伏发电逆变控制器。 其 工作原理可概括为：采样输出电压量，电感电流量， 根据该采样值进行 双闭环控制 的 PID策略，计算并输出四路 SPWM信号，通过驱动电路驱动 IGBT的开通与关断，实现逆变控制功能。 同时系统还具备与数据通信功能。 以下将详细介绍数字控制部分的硬件电 图 输出电流保护电路 图 保护 电路 图 保护信号锁存电路 D41N4148C331uFR52 10k15VC35C27R5010kV_PRO2376 5184U9LM311VIF输入电压保护信号V_REFR5110kR4910kR411k56748U5BLF353R4210k+15VD3LED0+15VGND7VCC14123U7ACD4011VCC14GND7121311U7DCD4011R46820R33C26100pF+15VR48+15VC3410uF+15VI_PROV_PROC25保护信号锁存VCC14GND7564U7BCD4011GND7VCC148910U7CCD4011PROR3710k+15VR3610k+15V+15V+15V+15VD21LED0R7210K路设计。 本课题的逆变器控制器的数字部分框图如图。 系统包括了电源电路、 JTAG调试接口电路、时钟电路 、复位电路、 A/D 采样前端电路、 PWM输出电路、 SCI通信接口电路、 SPI 通信接口电路、 SRAM电路等。 以下将详细介绍各部分硬件电路的设计。 1）时钟及电源电路 为了给 TMS320F2812 提供精确 而且 稳定的时钟，减少由于外界环境的影响而造成的晶振不稳定，本设计采用 30M 有源晶振作为外部时钟。 外部时钟经过 TMS320F2812内部振荡电路产生谐振后经过 PLL锁相环的倍频和分频后为处理器内核和所有片上外设提供运行时钟。 TMS320F2812 总共需要三种类型 的电源，分别为： +， +， +（ 只能使主频达到 135M，当主频达 150M时，需要 ）及两种类型的地： AGND， DGND。 TI公司的电源管理芯片 TPS70351为 TI公司的 DSP提供完整的单芯片电源管理，能提供双电压输出，同时可以通过引脚电平确定双电压输出的先后次序，而且还可以为 DSP 提供有效的复位信号。 本设计采用该芯片为系统提供有效的电源管理， 其电路如图。 TMS320F2812要求 + +有上电顺序，必须是 I/O先上电，然后 再上电芯片 内核。 这样 可以在内核启动前确定 I/O的状态，以便启动时根据 GPIO的状态跳到相应的地方执行相应的代码。 因此 应该将 TPS70351的 SEQ引脚 置零。 为了节省成本考虑， 本系统中将 + + AGND和 DGND通过磁珠相连。 图 控制器的电源电路 2） JTAG调试接口 所有的 TI 公司 F28XX 系列 DSP均采用 ，由五根标准 JTAG信号线（ nTRST， TCK， TMS， TDI， TDO）及两根 TI 公司自定义的扩展调试信号线（ EMU0， EMU1）组成。 其设计电 路图。 图 逆变器控制器的数字部分框图 +5VDRST SWGND/HS1VIN12VIN13MR16MR25EN7SEQ8GND9VIN211VIN210NC17VOUT214VOUT215VSENSE2/FB216RESET18PG119VSENSE1/FB121VOUT122VOUT123NC20GND/HS12NC4GND/HS13GND/HS24U2TPS70351HEATSINK HEATSINKHEATSINK HEATSINKC33PGPGDGNDC45DGND+R24 250KR25 250KR2610KPOWERLED++DGND+C34C35C36C37+C3822uDGND+C40C41C42C43+C4447uDGNDL11uHDGNDAGNDnXRSR2210KnMR1nMR1L21uH+ +TMS 320 F 2812晶振电源复位电路JTAGA / D 采样前端电路PW M输出电路SPI通信接口SCI通信接口外扩SRAM 图 JTAG电路 其中 TDO， EMU0， EMU1 的驱动电流为 8mA。 nTRST 引脚内部下拉，当拉高时，可以进行硬件仿真。 由于内部下拉较弱，在恶劣的环境下，易受到干扰而无法进入硬件仿真模式，因此应该在硬件设计时外加 ，以保证硬件仿真能够正常的进行。 与 nTRST类似， EMU0， EMU1应该加上拉电阻，阻值选择范围为 ，同时在这几根重要的信号线加旁路电容，以减少噪声干扰。 3） ADC模块电路设计 TMS320F2812内部的 ADC模块是一 个 12位带流水线的模数转换器，模数转换单元的模拟电路包括前向模拟多路复用开关（ MUXs）、采样 /保持（ S/H）电路、 A/D变换内核、电压参考以及其他模拟辅助电路。 模数转换单元的数字电路包括可编程转换序列器、结果寄存器、与模拟电路的接口、与芯片外设总线的接口以及其他片上模块的接口。 ADC模块接线如图。 ADC模块在电路连接时主要考虑以下几点：  输入的模拟电压相对于 ADCLO引脚的电平应该在 03V范围内，本设计把 ADCLO引脚连接到电路板的 “ 模拟地 ” ，这样，输入模拟电压范围就限制在 03V；  ADCRESEXT 引脚的接地电阻值若为 20KΩ ，则 ADC 的时钟频率可配置在 ；若为 ，则时钟频率可配置在 ，本文选用后者；  ADCREFP 和 ADCREFM 为 ADC 的参考电压，可选择外部或内部参考电压。 若选为外部参考电压，要求 ADCREFP输入为 2V（误差 1%）， ADCREFM 输入电压为 1V（误差 1%）。 本文接法是内部参考基准接法。 实验证明，在外部参考比较精确的情况下，外部参考接法能使采样的结果更为准确，但由于需要额外的电路来产生两路参考电压，本文采用误差修正法来保 证ADC采样的精确度； 图 ADC模块接接电路图 1 23 45 67 89 1011 1213 14JTAGJTAGTMSTDInTRSTTDOTCK+EMU0 EMU1C51DGNDDGND+R28R29R27TDO TDIC49C50DGND 本课题中，待采集模拟量均经过高精度运放后输入到 ADC，运放的高输入、低输出电阻能有效减少级间影响，提高采样性能；  在放大器和输入模拟通道之间增加二极管箝位电路，避免采样尖峰对 ADC 模块的 破坏。 如图 所示。 同时，在模拟输入通道之前加入 RC 低通滤波器，以滤除信号中夹杂的高频噪声。 4） EV模块电路设计 EV模块两个事件管理器模块（ EVA和 EVB）组成，每个模块包括以下功能：  两个 16位通用定时器，是数字控制所必须的基本单元，主要有两个功能 ： 一是作为常规的定时 /计数器使用，二是为 PWM模块、捕获单元等提供合适的时基。 每个定时器各带一个比较逻辑单元，可输出两对不包含死区单元的 PWM脉冲。  三个比较器，可输出 3 对独立的 PWM 脉冲，并可以控制死区时间。 两个时间管理器模块可以输出 12路 PWM脉冲，可通过外部引脚低电平快速封锁 PWM脉冲信号输出，实现故障、过欠压等保护功能。  三个捕获单元，用以捕获事先规定好的事件之间的时间差，通过软件设置规定其上升沿或下降沿出发，可以用来检测系统输出电压频率，进行过 、 欠频保护。  两个正交编码脉冲单元，可直接连接光电编码器电路，实现鉴相和倍频功能，该功能模块在电机调速系统中得到广泛应用。 EV模拟的电路图如图。 TMS320F2812的 PWM输出 范围为 0~+，且驱动能力有限，必须加缓冲电路加大它的驱动能力， 本课题 使用 74HC245作为缓冲电路，同时在 TMS320F2812输出端加下拉电阻，以 确保系统 在复位时驱动 输出 为低电平 ，防 止意外的发生。 5） SRAM设计 进行在线调试时一般将代码下载到 TMS320F2812的内部 SRAM里运行，但 TMS320F2812的内部 SRAM 只有 36KB，为了保证在线调试的顺利进行，本系统外扩了 256K*16bit 的 SRAM：IS61LV25616，通过总线的形式将使它与 TMS320F2812相连，同时由 TMS320F2812的 ZONE6/7的片选信号线 nXZCS6AND7进行片选。 这样可以在调试阶段将代码下载到 SRAM里运行，以免出现内部 SRAM不够大 影响调试进行 的问题，也可以避免频繁烧写 FLASH而 对芯片寿命造成的影响。 图 ADC输入通道电路 图 EV模块的 PWM输出电路 R1100D11N4148D31N4148ADA0+AGND AGNDAD_VREF ADCINA0C15PWM1PWM2PWM4PWM5PWM6PWM3PWM_01PWM_02PWM_03PWM_04PWM_05PWM_06C4612345678 910111213141516RP1RPDGNDDIR1A12A23A34A45A56A67A78A89GND10B811B712B613B514B415B316B217B118OE19VCC20U374HC245+5VD+5VDDGNDDGNDDGND同时在脱机运行情况下，也可以增加数据处理能力。 电路图如 图 ： 输出低通滤波器电路设计 逆变器输出低通滤波器用来滤除逆变 器全桥 输出 SPWM波中的谐波分量。 滤波参数的选择必须适当。 滤波时间常数越大，不仅 造成 滤波电路的体积和重量过大，而且滤波电路引起的相位滞后 也越 大，采用闭环电压反馈控制时，整个系统的稳定性 就 越差。 反之，滤波参数选得过小，系统中的高频分量 便 得不到很好的抑制，输出电压不能满足波形失真度的要求。 因此，选择滤波器参数时要综合考 虑这两方面的因素。 本课题的输出低通滤波器设计应该满足以下要求：  满足 系统 要求的输出波形失真度指标；  减小系统的无功电流容量，避免 由于 逆变器功率管的通态损耗增加， 而 降低整机 的 效率；  减小逆变器的输出阻抗，提高输出电压的精度；  限制负载。