本發(fā)明涉及電壓頻率和相位跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種使用ECAP中斷實現(xiàn)電壓頻率和相位跟蹤的方法。

背景技術(shù)：

通常柴油發(fā)電機組所產(chǎn)生的電能品質(zhì)無法滿足要求，需要借助在線式UPS對機組發(fā)出的電能進行變換，進而向負(fù)載提供穩(wěn)壓、穩(wěn)頻和波形失真度極小的高品質(zhì)正弦波電源。對輸入電壓的頻率和相位進行跟蹤是在線式UPS的一項關(guān)鍵技術(shù)，為保證逆變旁路切換過程不對負(fù)載產(chǎn)生過大的沖擊，UPS的逆變輸出電壓必須與輸入電壓的頻率及相位保持一致，因此需要通過技術(shù)手段確保輸出電壓能跟蹤輸入電壓的頻率和相位。

現(xiàn)有技術(shù)中通常采用模擬鎖相環(huán)電路,但是模擬控制需要的電路復(fù)雜，分立元器件數(shù)量多，容易受溫度和電磁噪聲的影響。而專用的模擬控制芯片雖然簡化了控制系統(tǒng)，但反饋控制網(wǎng)絡(luò)中仍需要大量的電阻電容等模擬器件，存在器件老化和功耗較高的缺點。而使用AD采樣的數(shù)字鎖相環(huán)電路，由于AD采樣電路的延時，以及模擬信號量化編碼過程中的誤差，造成使用AD采樣的數(shù)字鎖相環(huán)電路實時性不好，控制存在滯后，容易受干擾，輸入、輸出電壓存在相位差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種使用ECAP中斷實現(xiàn)電壓頻率和相位跟蹤的方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的諸多問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

在基于本發(fā)明方法的一個實施例中，提供了一種使用ECAP中斷實現(xiàn)電壓頻率和相位跟蹤的方法，具體包括：

S1、將輸入電壓由正弦波轉(zhuǎn)化為方波；

S2、將方波信號輸入到控制器的ECAP捕捉引腳，通過ECAP中斷來計算方波信號的周期值zc；同時記錄中斷發(fā)生時刻輸出電壓的相位值，此相位值即為輸出電壓和輸入電壓的相位差值deta_p；

S3、根據(jù)周期值zc和相位差值deta_p進行頻率相位調(diào)整，使得輸出電壓的頻率相位跟蹤輸入電壓的頻率相位。

進一步，所述步驟S1具體包括：

對輸入電壓降壓、濾波后輸入到過零比較器中，將輸入電壓正弦波中大于0的部分轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ǖ恼胫埽瑢⑤斎腚妷赫也ㄖ行∮?的部分轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘柕呢?fù)半周。

進一步，所述步驟S2具體包括：

控制器為DSP TMS320F28335，將方波信號輸入到DSP TMS320F28335的GPIO24引腳，將GPIO24引腳設(shè)置為ECAP捕捉引腳，利用DSP的ECAP模塊捕捉方波信號的上升沿和下降沿，設(shè)置ECAP為連續(xù)捕捉模式，當(dāng)方波信號跳變時，ECAP模塊內(nèi)部定時器進行捕捉，連續(xù)兩個下降沿之間的時間間隔即為方波信號的周期值。

進一步，所述步驟S3具體包括：

S31、將當(dāng)前周期值cf賦值為周期值zc，將相位暫存值deta_temp賦值為相位差值deta_p；

S32、根據(jù)cf的值判斷輸入電壓是否在要跟蹤的頻率范圍，并設(shè)置跟蹤標(biāo)志變量flag_tra_sv的值；

S33、判斷跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv的值是否為0x0fff，是，則執(zhí)行步驟S34進行頻率相位的跟蹤；否則執(zhí)行步驟S37，將輸入電壓頻率設(shè)置為默認(rèn)值；

S34、計算輸出頻率和輸入頻率的差值deta_f；

S35、根據(jù)deta_f、deta_temp的值對輸出電壓的周期值進行調(diào)整；

S36、判斷是否為同相位并給相位標(biāo)識變量synp賦值；

S37、頻率相位不跟蹤時設(shè)置為默認(rèn)值；

S38、調(diào)整EPWM周期寄存器的值。

進一步，所述步驟S32具體包括：

S321、判斷跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv的當(dāng)前值是否為0，

是，則判斷輸入電壓周期值是否在跟蹤范圍內(nèi)，是，則跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv＝＝0x0fff，然后執(zhí)行步驟S322；否，則執(zhí)行步驟S322；

S322、判斷輸入電壓周期值是否不在跟蹤范圍內(nèi)，是，則跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv＝＝0，并執(zhí)行步驟S33；否，則執(zhí)行步驟S33。

進一步，所述步驟S34包括：捕獲當(dāng)前輸入電壓周期值cf,判斷cf的值是否大于等于上次捕獲的輸入電壓周期值lf，并將二者的差值賦值給deta_f；

當(dāng)cf≥lf時，deta_f＝cf-lf；

當(dāng)cf＜lf時，deta_f＝lf-cf；

進一步，所述步驟S35具體包括：

S351、根據(jù)deta_f的值對輸出電壓的周期值cf進行調(diào)整；

cf≥lf：當(dāng)deta_f<3時，cf＝lf+1；當(dāng)3≤deta_f<8時，cf＝lf+3；當(dāng)deta_f≥8時，cf＝lf+5；

cf＜lf：當(dāng)deta_f<3時，cf＝lf-1；當(dāng)3≤deta_f<8時，cf＝lf-3；當(dāng)deta_f≥8時，cf＝lf-5；

S352、根據(jù)deta_temp對輸出電壓的周期值進行調(diào)整；

當(dāng)輸出電壓相位超前輸入電壓相位時，增大輸出電壓的周期值，當(dāng)輸出電壓的相位滯后輸入電壓相位時，減小輸出電壓的周期值。

進一步，所述步驟S38具體包括：

S381、通過ef＝cf將調(diào)整后的數(shù)據(jù)存儲下來，用pwmpr＝ef設(shè)置好周期寄存器最終要寫入的數(shù)據(jù)，通過lf＝pwmpr記錄當(dāng)前周期寄存器內(nèi)寫入的值，用于下個循環(huán)的頻率相位調(diào)整；

S382、設(shè)置EPWM1和EPWM2周期寄存器的值為pwmpr，從而產(chǎn)生互補的驅(qū)動信號驅(qū)動IGBT的逆變橋，進而產(chǎn)生頻率和相位與輸入電壓一致的交流電。

進一步，所述步驟為一次頻率相位的調(diào)整過程，ECAP模塊通過中斷方式不斷獲取到輸入電壓的周期和相位數(shù)據(jù)，將新采樣到的周期和相位數(shù)據(jù)重新應(yīng)用到上述調(diào)整過程，循環(huán)執(zhí)行，實現(xiàn)輸出電壓持續(xù)跟蹤輸入電壓的頻率和相位。

本發(fā)明有益效果如下：

使用軟件進行鎖頻、鎖相，進而進行頻率相位的跟蹤，控制方法靈活，簡化了控制系統(tǒng)，同時避免使用大量的電阻電容等模擬器件，克服了模擬電路器件老化和功耗較高的缺點。同時使電路具有較好的實時性，克服了控制存在滯后，容易受干擾，輸入、輸出電壓存在相位差等諸多缺點。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為輸入電壓正弦波轉(zhuǎn)方波硬件電路；

圖2為本發(fā)明實施例跟蹤輸入電壓頻率相位原理圖；

圖3為頻率相位跟蹤方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，公開了一種使用ECAP(增強型脈沖捕獲)中斷實現(xiàn)電壓頻率和相位跟蹤的方法，具體包括：

S1、將輸入電壓由正弦波轉(zhuǎn)化為方波；

對輸入電壓進行降壓、濾波，然后將信號輸入到過零比較器中，從而將輸入電壓正弦波中大于0的部分轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ǖ恼胫?，將輸入電壓正弦波中小?的部分轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘柕呢?fù)半周，輸入電壓正弦波轉(zhuǎn)換為方波的硬件電路如圖1所示。

S2、將方波信號輸入到控制器的ECAP捕捉引腳，通過ECAP中斷來計算方波信號的周期值zc；同時記錄中斷發(fā)生時刻逆變器輸出電壓的相位值，此相位值即為輸出電壓和輸入電壓的相位差值deta_p。

控制器為DSP TMS320F28335，方波信號輸入到DSP TMS320F28335的GPIO24引腳，將GPIO24引腳設(shè)置為ECAP捕捉引腳，利用DSP的ECAP模塊捕捉方波信號的上升沿和下降沿，設(shè)置ECAP為連續(xù)捕捉模式，當(dāng)方波信號跳變時，ECAP模塊內(nèi)部定時器進行捕捉，連續(xù)兩個下降沿之間的時間間隔即為方波信號的周期值，讓輸出電壓周期值去跟蹤輸入電壓的周期值，實現(xiàn)頻率跟蹤，而方波信號的下降沿過零點即為輸入電壓的零相位點，讓輸出電壓去跟蹤輸入電壓的零相位點，就能實現(xiàn)相位跟蹤，使用DSP的ECAP模塊跟蹤輸入電壓頻率相位原理如圖2所示。

優(yōu)選地，對ECAP模塊進行初始化，將ECAP設(shè)置成連續(xù)捕捉模式，4個捕捉事件分別設(shè)置為下降沿、上升沿、下降沿、上升沿捕捉，方波信號的下降沿能觸發(fā)ECAP中斷的發(fā)生，將中斷發(fā)生時刻的計時器值存儲進相應(yīng)的CAP寄存器中，因此方波信號的周期值zc即為：ECap1Regs.CAP3–Ecap1Regs.CAP1，對應(yīng)輸入電壓的周期值即為方波信號的周期值。同時記錄中斷發(fā)生時刻逆變器輸出電壓的相位值，此相位值即為輸出電壓和輸入電壓的相位差值deta_p。

S3、根據(jù)周期值和相位差值進行頻率相位調(diào)整，得到EPWM1和EPWM2模塊所要設(shè)置的周期值，對這兩個模塊周期寄存器的值進行設(shè)置，從而改變驅(qū)動IGBT的驅(qū)動信號SPWM的頻率值，進而改變輸出電壓的頻率和相位，使得輸出電壓的頻率相位跟蹤輸入電壓的頻率相位。頻率相位跟蹤方法流程如圖3所示。

具體包括如下子步驟：

S31、對當(dāng)前周期值cf和相位暫存值deta_temp進行賦值；

將當(dāng)前周期值cf賦值為周期值zc，將相位暫存值deta_temp賦值為相位差值deta_p。

S32、根據(jù)cf的值判斷輸入電壓是否在要跟蹤的頻率范圍，并設(shè)置跟蹤標(biāo)志變量flag_tra_sv的值。

S321、判斷跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv的當(dāng)前值是否為0，

是，則判斷輸入電壓周期值是否在跟蹤范圍內(nèi)，是，則設(shè)置跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv＝＝0x0fff，然后執(zhí)行步驟S322；否，則直接執(zhí)行步驟S322；

S322、判斷輸入電壓周期值是否不在跟蹤范圍內(nèi)，是，則跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv＝＝0，并執(zhí)行步驟S33；否，則執(zhí)行步驟S33；

由于在正常情況下，柴油機組的頻率在45Hz～55Hz之間波動，超出這個頻率輸入范圍，頻率相位調(diào)整子函數(shù)不進行跟蹤，將輸出電壓頻率固定為50Hz進行輸出。當(dāng)cf的值在跟蹤范圍內(nèi)時，設(shè)置跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv＝0x0fff，表示要進行頻率相位的跟蹤；當(dāng)cf的值不在跟蹤范圍內(nèi)時，設(shè)置跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv＝0，表示不進行頻率相位的跟蹤。

S33、判斷跟蹤標(biāo)志量flag_tra_sv的值是否為0x0fff，是，則執(zhí)行步驟S34進行頻率相位的跟蹤；否則執(zhí)行步驟S37，將輸入電壓頻率設(shè)置為默認(rèn)值50Hz；

S34、計算輸出頻率和輸入頻率的差值deta_f；

將輸出電壓的頻率和相位去跟蹤輸入電壓的頻率和相位，捕獲當(dāng)前輸入電壓周期值cf,判斷cf的值是否大于等于上次捕獲的輸入電壓周期值lf，并將二者的差值賦值給deta_f；

當(dāng)cf≥lf時，deta_f＝cf-lf；

當(dāng)cf＜lf時，deta_f＝lf-cf；

S35、根據(jù)deta_f、deta_temp的值對輸出電壓的周期值進行調(diào)整；

S351、根據(jù)deta_f的值對輸出電壓的周期值進行調(diào)整；

cf≥lf：當(dāng)deta_f<3時，cf＝lf+1；當(dāng)3≤deta_f<8時，cf＝lf+3；當(dāng)deta_f≥8時，cf＝lf+5；例如：cf＝7812，lf＝7808，deta_f＝4，由于4的大小介于3和8之間，所以cf＝7808+3，cf值被設(shè)置為7811.

cf＜lf：當(dāng)deta_f<3時，cf＝lf-1；當(dāng)3≤deta_f<8時，cf＝lf-3；當(dāng)deta_f≥8時，cf＝lf-5；例如：cf＝7800，lf＝7812，deta_f＝12，由于12>8，所以cf＝7807，cf值被設(shè)置為7807。

S352、根據(jù)deta_temp對輸出電壓的周期值進行調(diào)整；

根據(jù)相位差值deta_temp的大小對cf的值做相應(yīng)調(diào)整，輸出電壓相位超前時增加cf的值，輸出電壓相位滯后時減小cf的值。由于在發(fā)生ECAP中斷時，輸入電壓此時相位值為0，此時所記錄的輸出電壓相位值即為輸出和輸入電壓的相位差值。根據(jù)相位差值來對輸出電壓的周期值進行調(diào)整，當(dāng)相位差值較大時調(diào)整步長較大，相位差值較小時調(diào)整步長也相應(yīng)減小，相位差值小到可以認(rèn)為輸出和輸入電壓同相時，不進行調(diào)整。相位調(diào)整的方向為當(dāng)輸出電壓相位超前輸入電壓相位時，增大輸出電壓的周期值，當(dāng)輸出電壓的相位滯后輸入電壓相位時，減小輸出電壓的周期值。

具體地，當(dāng)deta_temp≥382或者deta_temp≤5時，認(rèn)為輸入輸出相位一致，此時不進行調(diào)整，cf＝cf；

當(dāng)5<deta_temp≤48時，認(rèn)為輸出電壓稍微超前輸入電壓，此時調(diào)整方向為增大輸出電壓周期值，cf＝cf+1；

當(dāng)48<deta_temp≤96時，認(rèn)為輸出電壓超前輸入電壓，此時調(diào)整方向為增大輸出電壓周期值，cf＝cf+3；

當(dāng)96<deta_temp≤192時，認(rèn)為輸出電壓過于超前輸入電壓，此時調(diào)整方向為增大輸出電壓周期值，cf＝cf+5；

當(dāng)192<deta_temp≤288時，認(rèn)為輸出電壓過于滯后輸入電壓，此時調(diào)整方向為減小輸出電壓周期值，cf＝cf-5；

當(dāng)288<deta_temp≤336時，認(rèn)為輸出電壓滯后輸入電壓，此時調(diào)整方向為減小輸出電壓周期值，cf＝cf-3；

當(dāng)336<deta_temp≤382時，認(rèn)為輸出電壓稍微滯后輸入電壓，此時調(diào)整方向為減小輸出電壓周期值，cf＝cf-1；

S36、判斷是否為同相位并給相位標(biāo)識變量synp賦值；

當(dāng)deta_temp≥380或者deta_temp≤8時，認(rèn)為此時輸出電壓相位和輸入電壓相位一致，此時設(shè)置相位標(biāo)志變量synp的值為0x0fff；否則設(shè)置synp的值為0，表示輸出電壓和輸入電壓的相位不一致。

S37、頻率相位不跟蹤時設(shè)置為默認(rèn)值；

輸出電壓的頻率和相位不跟蹤輸入電壓的頻率和相位，將輸出電壓的頻率逐漸設(shè)置為默認(rèn)市電頻率值50Hz。

S38、調(diào)整EPWM周期寄存器的值pwmpr；

S381、將cf賦值給最終周期值ef，將調(diào)整后的周期值數(shù)據(jù)存儲下來，用pwmpr＝ef設(shè)置好周期寄存器最終要寫入的數(shù)據(jù)，通過lf＝pwmpr記錄當(dāng)前周期寄存器內(nèi)寫入的值，用于下個循環(huán)的頻率相位調(diào)整；

S382、設(shè)置EPWM1和EPWM2周期寄存器的值為pwmpr，從而產(chǎn)生互補的驅(qū)動信號驅(qū)動IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的逆變橋的開關(guān)打開或斷開，進而產(chǎn)生頻率和相位與輸入電壓一致的交流電，實現(xiàn)輸入電壓的頻率和相位跟蹤。

上述全部步驟為一次頻率相位的調(diào)整的過程，該過程放在一個無限循環(huán)里執(zhí)行，ECAP模塊通過中斷方式不斷獲取到輸入電壓的周期和相位數(shù)據(jù)，將新采樣到的周期和相位數(shù)據(jù)重新應(yīng)用到上述調(diào)整過程，即可實現(xiàn)輸出電壓持續(xù)跟蹤輸入電壓的功能。

有益效果：使用軟件進行鎖頻、鎖相，進而進行頻率相位的跟蹤，控制方法靈活，簡化了控制系統(tǒng)，同時避免使用大量的電阻電容等模擬器件，克服了器件老化和功耗較高的缺點。同時使電路具有較好的實時性，克服了控制存在滯后，容易受干擾，輸入、輸出電壓存在相位差等諸多缺點。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。