本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領域，具體涉及一種基于DSP的三相逆變器控制裝置的設計。

背景技術：

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展與人類的進步，能源也在漸漸的耗盡，化石燃料的使用給我們帶來物質(zhì)文明飛速發(fā)展的同時，也給我們賴以生存的家園帶來了前所未有的災難。人類文明的進步與能源息息相關，新能源的合理開發(fā)與使用，將對能源的質(zhì)量及數(shù)量有很大的提升。人類若想開發(fā)這些新能源，需要找到一個轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，故逆變器應運而生，特別是三相逆變器。三相逆變器在清潔能源發(fā)電中發(fā)揮著至關重要的作用，如太陽能發(fā)電和風力發(fā)電所使用的逆變器，逆變器的作用是將它們產(chǎn)生的直流電變成交流電，可直接為家庭服務，或通過并網(wǎng)技術，通過電網(wǎng)運送到千家萬戶。因三相逆變器的高效節(jié)能，諧波輸出少，從而為風電等發(fā)電技術提供了有力的支撐。因太陽能與風能等新能源清潔無污染，故開發(fā)出可穩(wěn)定運行且能提供高品質(zhì)的能源的逆變器就顯得至關重要。

SPWM正弦脈寬調(diào)制法是以正弦波為調(diào)制波，載波一般為三角波或鋸齒波的一種脈寬調(diào)制算法，最初是由學者將通訊系統(tǒng)的調(diào)制技術應用到逆變器而產(chǎn)生的，但是因為電力電子開關器件的發(fā)展緩慢而未得到及時推進。直到1975年，有學者將SPWM脈寬調(diào)制技術正式應用到逆變控制技術中，從而使得逆變器的功能得到了極大的提升，而且得到了廣泛的應用和發(fā)展，也使正弦波脈寬調(diào)制逆變技術發(fā)展到了一個極高的水平。脈寬調(diào)制技術具有原理簡單、通用性強、控制和調(diào)節(jié)性能好的特點，而且具有削弱異常諧波、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電壓輸出的多種波形改善作用。自此之后，PWM技術的種類也被開發(fā)出多類，比如交直交PWM調(diào)制、空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM，電流跟蹤脈寬調(diào)制技術SFPWM等，搖身成為極快開關直交轉(zhuǎn)換器的主導控制方式。至此，PWM控制技術的發(fā)展已幾近完善。

DSP是控制電路的核心，大大降低了硬件成本和尺寸，使用方便。DSP相比于傳統(tǒng)單片機，其運算速度和處理性能是后者的數(shù)十倍，也就意味著可以在DSP中實現(xiàn)更加高級復雜的算法來實現(xiàn)控制，包括神經(jīng)元控制、卡爾曼濾波、自適應控制、模糊控制等，很大程度上提高了系統(tǒng)的反應速度以及控制的精確度。DSP 采用程序、數(shù)據(jù)總線分開的哈佛結構，含有專門的硬件乘法器，采用流水線操作來提供特殊的數(shù)字信號處理指令，能夠用來快速的實現(xiàn)任意數(shù)字信號處理算法。DSP控制器以其結構緊湊，使用方便，性能可靠，功能強，價格低廉等優(yōu)點得到了眾多使用者的偏愛。

一般的三相逆變器能耗較大，應用傳統(tǒng)控制算法導致系統(tǒng)工作效率低下，控制精度有限，無法滿足實際需求。本發(fā)明針對三相逆變器控制中的軟件算法優(yōu)化及減少逆變器能耗進行了詳細的分析與研究，通過改進軟件算法節(jié)省了芯片資源的占用，提高了整個系統(tǒng)的運行效率與控制精度，并基于DSP2812芯片對空間脈寬調(diào)制波實現(xiàn)了數(shù)字化控制，減少了對外圍器件的依賴，降低了成本，應用較廣，在三相逆變器的控制應用方面有著良好的發(fā)展前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設計一種基于DSP的三相逆變器控制裝置，解決當前逆變器應用中控制技術落后，工作效率低下的問題。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明設計了硬件部分與軟件部分：

硬件部分：主要包括搭載DSP2812芯片的控制板，驅(qū)動電路，三相逆變器主電路，輸出濾波電路，采樣調(diào)理電路，鍵盤顯示模塊，RS-485通信模塊，上位機，及構成DSP最小系統(tǒng)的電源電路，時鐘電路與復位電路。各模塊之間的連接關系為：電源電路、時鐘電路與復位電路分別與搭載DSP2812芯片的控制板相連，電源電路為DSP供電，復位電路可使DSP2812芯片復位，解決程序不能讀寫或運行中出現(xiàn)的問題，時鐘電路為DSP提供時鐘信號。DSP通過完成空間矢量脈寬調(diào)制算法，將PWM調(diào)制信號送入驅(qū)動電路中，驅(qū)動電路對此脈沖信號進行隔離與放大后，變?yōu)槟軌蝌?qū)動IGBT的高低壓電平輸送至三相逆變器主電路，通過控制功率開關器件的通斷來輸出交流電壓，并經(jīng)過濾波電路濾波后為負載供電。同時，采樣調(diào)理電路通過采集濾波后的電壓與電流信號送入DSP的AD模塊，實現(xiàn)閉環(huán)控制。通過DSP中的SCI接口結合RS-485通信模塊可將采樣信號上傳至上位機進行實時監(jiān)測，通過SPI接口可驅(qū)動鍵盤與顯示器，通過JTAG接口可實現(xiàn)程序燒錄、調(diào)試與在線仿真。

所述DSP芯片為TMS320F2812，可接受與存儲測量數(shù)據(jù)，完成測量數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生SVPWM控制信號，并實時接受由采樣調(diào)理電路中的霍爾傳感器采集的電壓與電流信號，實現(xiàn)閉環(huán)控制，可通過SCI接口結合RS-485通信模塊與上位機通信。

所述電源電路選用TPS70151芯片，將5V輸入的電源穩(wěn)壓出1.8V，3.3V的多路電源，并通過電感隔離成多路，以便給數(shù)字電路與模擬電路分別供電。

所述時鐘電路選用DSP2812內(nèi)部有倍頻的PLL電路，結合有源晶振為系統(tǒng)提供時鐘信號。

所述搭載DSP2812芯片的控制板與上位機的通信通過DSP芯片上的SCI模塊完成，通信接口選用芯片MAX485構成通信模塊，將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平，通過RS-485總線上傳至上位機。

所述驅(qū)動電路采用的驅(qū)動IC選用IR2110S，IR2110S自身帶有隔離部分，但為了電路工作的穩(wěn)定性，采用雙重隔離。

所述三相逆變器主電路采用經(jīng)典的三相全橋逆變電路，并選用快恢復型二極管續(xù)流。

所述采樣調(diào)理電路采用霍爾傳感器來采樣輸出交流電壓、電流信號。

軟件部分：本發(fā)明軟件編程實現(xiàn)都在CCS5.5的平臺上完成，以實現(xiàn)三相逆變器控制所要實現(xiàn)的功能。本發(fā)明中程序主要解決以下幾個問題：

1.SVPWM算法程序設計。需設置產(chǎn)生PWM波形的寄存器，通用定時器，比較寄存器的重裝條件和通用定時器的計算模式選擇與啟動定時器。在每個采樣周期的中斷中，判斷電壓矢量所在扇區(qū)及矢量作用時間，確定各矢量切換點時刻，并將時刻值送入三個比較寄存器中，當定時器的計數(shù)值和比較寄存器值相匹配時，DSP的相關引腳會發(fā)生高低電平的變化。

2.CPU配置初始化。DSP2812通過內(nèi)部PLL鎖相環(huán)寄存器的配置使頻率達到最高的150Mhz工作，并通過高速外設時鐘配置寄存器與低速時鐘寄存器進行分頻，實驗中所需頻率設置為事件管理器里面定時器的時鐘。

3.DSP中斷初始化。DSPF2812芯片的中斷較為復雜，需全部開啟3級中斷，才可保證中斷事件的發(fā)生，外設中斷可由外部引腳電平變換。

根據(jù)SVPWM控制策略算法的推算，結合DSP2812的芯片特點，軟件設計主要包含主程序與中斷子程序兩部分。主程序主要完成時間管理器、各個寄存器與外設中斷等初始化，子程序主要是實現(xiàn)空間矢量脈寬調(diào)制算法。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的創(chuàng)新與益處在于：

1.一般的三相逆變器工作效率低，控制精度有限，本發(fā)明可節(jié)省芯片的占用資源，很大程度的提高系統(tǒng)的運行效率和控制精度。

2.使用新型的高性能低功耗硬件，將軟件算法與DSP2812芯片結合，所設計的程序兼容性好，硬件系統(tǒng)減小了對外圍器件的依賴，成本低，應用范圍廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述一種基于DSP的三相逆變器控制裝置的硬件總體結構框圖。

圖2是本發(fā)明所述一種基于DSP的三相逆變器控制裝置的軟件部分程序流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1所示為本發(fā)明所述一種基于DSP的三相逆變器控制裝置的硬件總體結構框圖。主要包括搭載DSP2812芯片的控制板，驅(qū)動電路，三相逆變器主電路，輸出濾波電路，采樣調(diào)理電路，鍵盤顯示模塊，RS-485通信模塊，上位機，及構成DSP最小系統(tǒng)的電源電路，時鐘電路與復位電路。各模塊之間的連接關系為：電源電路、時鐘電路與復位電路分別與搭載DSP2812芯片的控制板相連，電源電路為DSP供電，包括提供數(shù)字電壓與模擬電壓，復位電路可使DSP2812芯片復位，解決程序不能讀寫或運行中出現(xiàn)的問題，時鐘電路為DSP提供時鐘信號。DSP通過完成空間矢量脈寬調(diào)制算法，將產(chǎn)生的PWM調(diào)制信號送入驅(qū)動電路中，驅(qū)動電路對此脈沖信號進行隔離與放大后，變?yōu)槟軌蝌?qū)動IGBT的高低壓電平輸送至三相逆變器主電路，通過控制功率開關器件的通斷來輸出交流電壓，并經(jīng)過濾波電路濾波后為負載供電。同時，采樣調(diào)理電路通過霍爾傳感器采集濾波后的電壓與電流信號送入DSP的AD模塊進行信號轉(zhuǎn)換與分析，實現(xiàn)閉環(huán)控制。通過DSP中的SCI接口結合RS-485通信模塊可將采樣信號上傳至上位機進行實時監(jiān)測，通過SPI接口可驅(qū)動鍵盤與顯示器，通過JTAG接口可實現(xiàn)程序燒錄、調(diào)試與在線仿真。

所述DSP芯片為TMS320F2812，可接受與存儲測量數(shù)據(jù)，完成測量數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生SVPWM控制信號，并實時接受由采樣調(diào)理電路中霍爾傳感器采集的電壓與電流信號，實現(xiàn)閉環(huán)控制，可通過SCI接口結合RS-485通信模塊與上位機通信。

所述電源電路選用TPS70151芯片，將5V輸入的電源穩(wěn)壓出1.8V，3.3V的多路電源，并通過電感隔離成多路，以便給數(shù)字電路與模擬電路分別供電。

所述時鐘電路選用DSP2812內(nèi)部有倍頻的PLL電路，結合有源晶振為系統(tǒng)提供時鐘信號。

所述搭載DSP2812芯片的控制板與上位機的通信通過DSP芯片上的SCI模塊完成，通信接口選用芯片MAX485構成通信模塊，將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平，通過RS-485總線上傳至上位機。

所述驅(qū)動電路采用的驅(qū)動IC選用IR2110S，IR2110S自身帶有隔離部分，但為了電路工作的穩(wěn)定性，采用雙重隔離。

所述三相逆變器主電路采用經(jīng)典的三相全橋逆變電路，并選用快恢復型二極管續(xù)流。

所述采樣調(diào)理電路采用霍爾傳感器來采樣輸出交流電壓、電流信號。

圖2所示為本發(fā)明所述一種基于DSP的三相逆變器控制裝置的軟件部分程序流程圖。程序流程圖包含主程序和中斷子程序兩部分，主程序主要對系統(tǒng)時鐘、外設I/O口、事件管理器以及各個寄存器的初始化，包括系統(tǒng)的時鐘配置，初始化外設I/O口，初始化中斷向量表，初始化事件管理器，關中斷，清除CPU與EVA的中斷標志位，初始化EVA與ADC，使能中斷，進入循環(huán)等待中斷發(fā)生。中斷發(fā)生后進入中斷子程序，中斷子程序主要是實現(xiàn)空間矢量脈寬調(diào)制算法，包括清除定時器周期中斷標志，通過計算參考電壓所在扇區(qū)、確定基本電壓矢量作用時間來計算占空比值，并將占空比寫入比較寄存器，輸出PWM波。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。