基于DSP56F805的可并機(jī)逆變電源設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)硬件
系統(tǒng)硬件電路包括主控單元，A/D電路，PWM電路，并機(jī)與同步電路，檢測(cè)、控制及顯示電路，JTAG/OnCE電路，RS-232、時(shí)鐘及電源電路等。主控芯片用了一片144-pinLQFP封裝的DSP56F805數(shù)字信號(hào)處理器，具體電路如圖4。

圖4 系統(tǒng)硬件

3.1 主控單元
硬件以DSP56F805為中心，充分利用其 A/D、PWM、內(nèi)部Flash、CAN等自帶功能，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)工作正常時(shí)，PWMA0～PWMA1腳輸出一對(duì)SPWM波形，通過隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)單端變換電路功率管（MOSFET），再經(jīng)過主變壓器升壓，次級(jí)得到高壓SPWM正弦調(diào)制波形，經(jīng)過L、C濾波得到純凈的100Hz半橋正弦波。PWMA2～PWMA3腳輸出一對(duì)PWM波形，通過隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率管（IGBT），得到50Hz220V純凈的正弦波。PWMA4作為D/A轉(zhuǎn)換，經(jīng)濾波成直流信號(hào)，通過隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)損耗器。PWMB0～PWMB2作為輸出口，根據(jù)無功功率，選擇適當(dāng)?shù)碾娙荩ㄟ^隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償器。A/D電路時(shí)刻檢測(cè)輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、機(jī)內(nèi)溫度等參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)超過軟件的設(shè)定值，DSP立即關(guān)斷SPWM信號(hào)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外，F(xiàn)AULTA0作為輸出過流取樣，一旦FAULTA0電壓超過閾值，DSP立即關(guān)斷PWM輸出。
3.2 A/D電路
DSP56F805的ADC模塊具有下述特點(diǎn)：
1）12位精度；
2）同時(shí)或連續(xù)采樣工作方式；
3）同時(shí)采樣工作方式下，8個(gè)通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為26.5ADC時(shí)鐘周期，即26.5×0.2μs=5.3μs；
4）可由PWM的內(nèi)部同步信號(hào)或定時(shí)器或外部信號(hào)觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換。
為提高轉(zhuǎn)換速度，本系統(tǒng)采用同時(shí)采樣工作方式，并由PWMA內(nèi)部同步信號(hào)觸發(fā)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2個(gè)ADC模塊的配對(duì)情況如下：
AN0（100Hz電流取樣）——AN4（100Hz電壓取樣）；
AN1（輸出交流電流取樣）——AN5（輸出交流電壓取樣）；
AN2（輸入直流電壓取樣）——AN6（吸收管電流取樣）；
AN3（溫度取樣）——AN7（參考電壓1.25V）。
由于ADC采樣的量有直流量和交流量，故對(duì)兩種不同的量需進(jìn)行分別處理。
直流量（輸入直流電壓、溫度及參考電壓1.25V）采用一般的數(shù)字濾波處理方式，表達(dá)式如式（5）。
X=（5）
式中：X為A/D采樣結(jié)果；
X（n－1）為第n－1次的采樣結(jié)果；
X（n）為第n次的采樣結(jié)果；
K1、K2為修正系數(shù)。
交流分量包括100Hz電壓、電流、輸出電壓、電流、吸收管電流。在一個(gè)周期內(nèi)（10ms）采樣160次，根據(jù)式（6）～式（8）算出有關(guān)的功率值。
S=Ks[|U(i)|×|I(i)|]（6）
P=Kp[U(i)×I(i)]（7）
Q=（8）
式中：S為視在功率；
P為有功功率；
Q為無功功率；
Ks、Kp為修正系數(shù)。
3.3 PWM電路
DSP56F805 PWM模塊具有以下主要特點(diǎn)：
1）3組互補(bǔ)的PWM對(duì)或6個(gè)獨(dú)立的PWM；
2）死區(qū)可調(diào)；
3）半周期重裝載能力；
4）20mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。
本系統(tǒng)2個(gè)PWM模塊工作方式如下：
PWMA0，PWMA1（SPWM0，SPWM1）工作于互補(bǔ)的PWM對(duì)，用于產(chǎn)生SPWM調(diào)制波，載波為64kHz，調(diào)制波為100Hz；
PWMA2，PWMA3（PWM0，PWM1）工作于軟件控制的I/O，產(chǎn)生50Hz方波信號(hào)。把100Hz半波變換為50Hz全波；
PWMA4（D/A）工作于D/A，根據(jù)機(jī)內(nèi)溫度或損耗產(chǎn)生修正的信號(hào)調(diào)整吸收功率管；
PWMB0，PWMB1，PWMB2（F0～F2）工作于軟件控制的I/O，用以控制補(bǔ)償電路。
3.4 并機(jī)與同步電路
同步電路由PA0，PA1完成，其中PA0為輸入腳，檢測(cè)外部（其它的逆變單元）的50Hz同步信號(hào)，PA1為輸出腳，用以送出本機(jī)的50Hz同步信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)上電后，本機(jī)先檢測(cè)有無外部同步信號(hào)，若有則本機(jī)跟蹤外部的信號(hào)，并發(fā)出一個(gè)同步信號(hào)，若無則工作于本機(jī)的同步信號(hào)。
并機(jī)由CAN完成。CAN模塊負(fù)責(zé)收集其它逆變單元的狀態(tài)值（電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等）并發(fā)送本身的狀態(tài)值。
3.5 檢測(cè)、控制及顯示電路
1）PD2設(shè)置為輸入口，當(dāng)S1開關(guān)合上后電源才啟動(dòng)；
2）PD6，PD7設(shè)置為輸入口，分別檢測(cè)輸入接觸器狀態(tài)及輸出斷路器狀態(tài)，只有兩個(gè)都正常逆變單元才工作；
3）PB0～PB7，PD0，PD1，PE2為L(zhǎng)CD顯示控制電路，其中PE2為輸入口，為顯示菜單按鍵S2，PD0，PD1為輸出口，控制LCD的RS及E，PB0～PB7為輸出口，送出信號(hào)給LCD的數(shù)據(jù)口DB0～DB7；
由于采用16×2位字符型LCD模塊，查手冊(cè)知LCD的門限電壓為
Vih(min)=2.2V，Vil(max)=0.6V，
符合DSP芯片的邏輯，故DSP56F805可直接驅(qū)動(dòng)LCD，不須電平轉(zhuǎn)換；
4）PD3～PD5，PE4～PE7為輸出口，分別控制有關(guān)指示燈及繼電器等。
3.6 JTAG/OnCE電路
DSP56F805提供JTAG/OnCE電路可方便用戶把程序?qū)懭肫瑑?nèi)的Flash閃存，也方便用戶在線編程、修改和升級(jí)軟件。
3.7 RS-232、時(shí)鐘及電源電路
DSP56F805內(nèi)帶兩組SCI，本系統(tǒng)用了SCI0作為RS232接口，若單機(jī)使用時(shí)RS232作為通信口與PC機(jī)相連，若并機(jī)使用，則該口不用，由主監(jiān)控器負(fù)責(zé)與PC機(jī)通訊。
DSP56F805有一個(gè)帶PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘單元，通過軟件編程可方便改變DSP的時(shí)鐘。
DSP56F805主電路由＋3.3V供電。
為防止噪聲干擾影響A/D轉(zhuǎn)換精度，A/D采用獨(dú)立供電系統(tǒng)。
若外部的數(shù)字電路有＋5V供電系統(tǒng)，與DSP接口必要時(shí)須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

4 系統(tǒng)軟件
4.1 軟件原理
系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字正弦信號(hào)，并穩(wěn)定輸出信號(hào)電壓，管理各種設(shè)備，并且完成并機(jī)的協(xié)調(diào)工作。
系統(tǒng)軟件通過查表的方