一种基于dsp的通用型三相桥式变换器控制电路板的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，包括DSP，所述DSP与PWM信号驱动电路、串口通信电路、线电压过零捕获电路、A/D采样电路、故障信号综合处理电路、控制信号驱动电路连接；所述故障信号综合处理电路与硬件保护电路连接，所述硬件保护电路与电压信号调理电路、电流信号调理电路连接，所述电压信号调理电路、电流信号调理电路均与所述A/D采样电路连接。本实用新型计算速度快、功耗低、价格便宜、既可以用于有源电力滤波器、PWM整流器，又可以用于光伏并网逆变器。
【专利说明】—种基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统中的三相桥式变换器，如PWM整流器、三相光伏并网逆变器和有源电力滤波器等，特别是一种基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板。
【背景技术】
[0002]近年来，随着电力电子器件、拓扑结构及控制技术的发展，现代电力电子技术已经成为高效节能、传统设备改造及产业优化升级的重要手段和关键技术，日益成为我国国民经济的重要基础技术和国防、工业的重要支撑技术。
[0003]在三相桥式变换器中，有源电力滤波器可以对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，有效解决越来越严重的谐波污染问题，提高电网的电能质量，营造一个洁净的电气环境和“绿色电网”;PWM整流器可以实现网侧电流接近正弦波，功率因数近似为1，并可实现四象限运行，它具有动态响应快，能量双向流动、直流母线电压可控制和抗负载扰动能力强等优点；光伏并网逆变器利用太阳能电池将光能转换为直流电能，再经过三相并网逆变器转换为交流电能后馈入电网，这种就近就地分散发供电方式，进入和退出电网灵活，既有利于增强电力系统抵御故障的能力，又有利于改善电力系统的负荷平衡，并且可以降低线路损耗、解决目前世界所面临的能源危机问题。目前还没有一种通用的三相桥式变换器控制电路板。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种计算速度快、功耗低、价格便宜、既可以用于有源电力滤波器，PWM整流器，又可以用于光伏并网逆变器的基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，包括DSP，所述DSP与PWM信号驱动电路、串口通信电路、线电压过零捕获电路、A/D采样电路、故障信号综合处理电路、控制信号驱动电路连接；所述故障信号综合处理电路与硬件保护电路连接，所述硬件保护电路与电压信号调理电路、电流信号调理电路连接，所述电压信号调理电路、电流信号调理电路均与所述A/D采样电路连接。
[0006]所述电压信号调理电路包括依次连接的电压传感器、第一采样电阻、第一 RC滤波电路、第一 LM324信号放大电路。
[0007]所述电流信号调理电路包括依次连接的电流传感器、第二采样电阻、第二 RC滤波电路、第二 LM324信号放大电路。
[0008]所述线电压过零捕获电路包括与三相桥式变换器电网线连接的电压传感器，所述与三相桥式变换器电网线连接的电压传感器依次通过第三RC滤波电路、反并联二极管限幅电路与电压比较器连接；所述电压比较器接入所述DSP。
[0009]所述PWM信号驱动电路包括依次连接的电平转换器、第四RC滤波电路、二极管钳位电路、施密特放大器。
[0010]所述硬件保护电路包括依次连接的LM393比较器、第一快速光电隔离芯片、第一反相器、光电耦合电路；所述第一反相器接入所述DSP，所述光电耦合电路接入所述故障信号综合处理电路。
[0011]所述故障信号综合处理电路包括依次连接的第二反相器、锁存器、第一四2输入端或门、第二四2输入端或门、第三反相器；所述第二四2输入端或门与所述第一反相器连接，所述第二四2输入端或门通过第四反相器接入第二快速光电隔离芯片，所述第二快速光电隔离芯片接入所述DSP。
[0012]与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为:本实用新型采用外围功能电路+DSP核心控制器的结构形式，计算速度快，功耗低，价格便宜，采用电压电流信号调理电路模块和A/D采样电路接收外部传感器发送过来的电压电流模拟信号，将其转换为一定幅值范围内的电压模拟信号后发送给采样模块。A/D采样电路使用具有高精度与高转换速度的芯片AD7576，将模拟信号转换为数字信号送入DPS核心控制器进行处理。该芯片与DSP并行工作，不仅保证了数据采样的实时性，而且大幅的提高了 DSP计算与控制速度；采用故障信号综合处理模块对直流侧过电压进行硬件保提高了三相逆变器的可靠新、安全性和对应对故障的能力；本发明既可以用于有源电力滤波器，PWM整流器，又可以用于光伏并网逆变器，具有极强的通用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是光伏并网逆变器主电路图；
[0014]图2是光伏并网逆变器控制框图；
[0015]图3是本实用新型一实施例结构框图；
`[0016]图4是DSP控制系统结构与资源分配图；
[0017]图5是电压信号调理电路和A/D采样电路实现框图；
[0018]图6是电流信号调理电路和A/D采样电路实现框图；
[0019]图7是线电压过零捕获电路实现框图；
[0020]图8是PWM信号驱动电路实现框图；
[0021 ]图9是硬件保护电路实现框图；
[0022]图10是故障信号综合处理电路实现框图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和光伏并网逆变器对本实用新型作进一步说明。
[0024]光伏并网逆变器的拓扑结构如附图1所示，主要由太阳能光伏阵列、Boost升压电
路、直流侧电容、三相并网逆变器以及LCL滤波器构成。太阳能光伏阵列吸收太阳能并将其转换为直流电能；B00st升压电路把太阳能光伏阵列输出的直流电压抬升到允许并网逆变的电压等级；直流侧电容Ca用于实现光伏阵列输出功率和并网逆变器输出功率的解耦；三相并网逆变器将直流电能转换为交流电能并馈入电网；LCL滤波器用于滤除逆变器输出的高次谐波，其中^^和&分别为逆变器输出电流、电容支路电流和并网电流。[0025]参见附图2，三相桥式变换器控制电路板需要采集光伏阵列的输出电压和输出电流进行MPPT算法，从而控制Boost升压电路的开关器件使光伏阵列保持工作在最大功率点处；需要获得电网电压的过零信号，送入DSP核心控制器，从而得到整个系统的基准信号；需要采集直流侧电容电压信号和逆变器输出电流信号，以便运行直流侧电压外环控制策略和无差拍电流内环控制策略；需要根据采集的电压电流信号、逆变器的运行状态，发出相应的控制信号，从而维持光伏并网逆变器安全、稳定的运行。
[0026]参见图3和图4，整个系统以DSP控制器和外围功能电流为核心，以下五部分电路协同工作:
[0027](I)电压电流信号调理电路和A/D采样电路
[0028]光伏阵列正负极电压和直流侧电压采样采用型号为CHV-50P/400和CHV-50P/1000的霍尔电压传感器，输出额定值25mA，对应原边额定电压400V和1000V，经过200Ω的采样电阻和1.294倍的同相比例放大器送入AD7656模数转换芯片；逆变器输出电流和光伏阵列输出电流采样采用型号为LT108-S7的霍尔电流传感器，副边额定有效值电流100mA，对应原边额定有效值电流200A，经过51 Ω的采样电阻和2倍的同相比例放大器送入AD7656模数转换芯片。
[0029](2)线电压过零捕获电路
[0030]电网相电压的过零点是整个控制平台的时序起点，这是因为在过零点的时刻即启动事件管理器中的定时器，为软件锁相环提供基准信号，同时为采样和PWM调制提供同步相位信号，保持有功电流的相位同步性。此模块首先捕获电网的线电压过零信号，送入DSP后产生过零捕获中断，再经过程序的运算处理得到电网的相电压过零信号。
[0031](3) PWM信号驱动电路
[0032]DSP输出的PWM信号幅值为3.3V，抗干扰能力较差。通过电平转换器MC14504B后，放大为幅值为15V的PWM信号。为了防止PWM信号出现毛刺，再经过肖特基二极管BAT54S将其箝位在0-15V之间。然后再经过施密特触发器，提升PWM信号的陡度和驱动能力，再通过扁平电缆送入IPM模块控制IGBT的通断。
[0033](4)硬件保护电路
[0034]系统在稳定运行时必须配备有相应的保护电路。保护电路的作用便是防止直流侧过压或者逆变器交流侧输出电流过大，因为无论是过压或过流，都会对直流侧电容和IGBT甚至电路中其它的元器件造成损害，特别是电容侧电压超过其额定值时，可能会引起电容起火爆炸；模块电流过大会引起发热严重，引发爆炸事故。
[0035]硬件保护电路如附图9所示，直流侧电压的检测值和设定的安全限值比较后得到一个逻辑控制信号，通过光隔4504送入后级逻辑电路，实现模拟电路与数字电路的隔离，经光耦TIL113驱动继电保护装置动作，因此当检测值大于安全限值时，控制继电器使并网开关跳闸，直流测电压就不会上升。
[0036](5)故障信号综合处理电路
[0037]如附图10所示，故障综合处理电路不仅接收IGBT模块发出的六路SO故障并进行锁存，同时还能够接收硬件保护电路发送过来的过压保护信号以及DSP发出的PWML0CK信号和FAULT信号。只要系统发出任意一个故障信号，故障综合处理电路都能够及时、准确的进行故障定位，找到发生故障的原因，输出INB信号封锁IGBT并控制继电保护装置动作，将系统从电网中切除，确保系统和现场的安全性。
【权利要求】
1.一种基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，包括DSP，其特征在于，所述DSP与PWM信号驱动电路、串口通信电路、线电压过零捕获电路、A/D采样电路、故障信号综合处理电路、控制信号驱动电路连接；所述故障信号综合处理电路与硬件保护电路连接，所述硬件保护电路与电压信号调理电路、电流信号调理电路连接，所述电压信号调理电路、电流信号调理电路均与所述A/D采样电路连接。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，其特征在于，所述电压信号调理电路包括依次连接的电压传感器、第一采样电阻、第一 RC滤波电路、第一LM324信号放大电路。
3.根据权利要求2所述的基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，其特征在于，所述电流信号调理电路包括依次连接的电流传感器、第二采样电阻、第二 RC滤波电路、第二LM324信号放大电路。
4.根据权利要求3所述的基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，其特征在于，所述线电压过零捕获电路包括与三相桥式变换器电网线连接的电压传感器，所述与三相桥式变换器电网线连接的电压传感器依次通过第三RC滤波电路、反并联二极管限幅电路与电压比较器连接；所述电压比较器接入所述DSP。
5.根据权利要求4所述的基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，其特征在于，所述PWM信号驱动电路包括依次连接的电平转换器、第四RC滤波电路、二极管钳位电路、施密特放大器。
6.根据权利要求5所述的基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，其特征在于，所述硬件保护电路包括依次连接的LM393比较器、第一快速光电隔离芯片、第一反相器、光电耦合电路；所述第一反相器接入所述DSP，所述光电耦合电路接入所述故障信号综合处理电路。
7.根据权利要求6所述的基于DSP的通用型三相桥式变换器控制电路板，其特征在于，所述故障信号综合处理电路包括依次连接的第二反相器、锁存器、第一四2输入端或门、第二四2输入端或门、第三反相器；所述第二四2输入端或门与所述第一反相器连接，所述第二四2输入端或门通过第四反相器接入第二快速光电隔离芯片，所述第二快速光电隔离芯片接入所述DSP。
【文档编号】H02M7/5387GK203675004SQ201420038204
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】罗安, 李泽斌, 田园, 姚芳, 郭佳才, 成佳富 申请人:湖南大学