基于DSP56F805的可并機逆變電源設計

3 系統硬件
系統硬件電路包括主控單元，A/D電路，PWM電路，并機與同步電路，檢測、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數字信號處理器，具體電路如圖4。

圖4 系統硬件

3.1 主控單元
硬件以DSP56F805為中心，充分利用其 A/D、PWM、內部Flash、CAN等自帶功能，簡(jiǎn)化了設計。
系統工作正常時(shí)，PWMA0～PWMA1腳輸出一對SPWM波形，通過(guò)隔離與驅動(dòng)電路驅動(dòng)單端變換電路功率管（MOSFET），再經(jīng)過(guò)主變壓器升壓，次級得到高壓SPWM正弦調制波形，經(jīng)過(guò)L、C濾波得到純凈的100Hz半橋正弦波。PWMA2～PWMA3腳輸出一對PWM波形，通過(guò)隔離與驅動(dòng)電路驅動(dòng)功率管（IGBT），得到50Hz220V純凈的正弦波。PWMA4作為D/A轉換，經(jīng)濾波成直流信號，通過(guò)隔離與驅動(dòng)電路驅動(dòng)損耗器。PWMB0～PWMB2作為輸出口，根據無(wú)功功率，選擇適當的電容，通過(guò)隔離與驅動(dòng)電路驅動(dòng)補償器。A/D電路時(shí)刻檢測輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、機內溫度等參數，當發(fā)現一個(gè)或多個(gè)參數超過(guò)軟件的設定值，DSP立即關(guān)斷SPWM信號，并發(fā)出報警信號。另外，FAULTA0作為輸出過(guò)流取樣，一旦FAULTA0電壓超過(guò)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)或連續采樣工作方式；
3）同時(shí)采樣工作方式下，8個(gè)通道轉換時(shí)間為26.5ADC時(shí)鐘周期，即26.5×0.2μs=5.3μs；
4）可由PWM的內部同步信號或定時(shí)器或外部信號觸發(fā)ADC轉換。
為提高轉換速度，本系統采用同時(shí)采樣工作方式，并由PWMA內部同步信號觸發(fā)進(jìn)行A/D轉換。2個(gè)ADC模塊的配對情況如下：
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A(yíng)DC采樣的量有直流量和交流量，故對兩種不同的量需進(jìn)行分別處理。
直流量（輸入直流電壓、溫度及參考電壓1.25V）采用一般的數字濾波處理方式，表達式如式（5）。
X=（5）
式中：X為A/D采樣結果；
X（n－1）為第n－1次的采樣結果；
X（n）為第n次的采樣結果；
K1、K2為修正系數。
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（10ms）采樣160次，根據式（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(wú)功功率；
Ks、Kp為修正系數。
3.3 PWM電路
DSP56F805 PWM模塊具有以下主要特點(diǎn)：
1）3組互補的PWM對或6個(gè)獨立的PWM；
2）死區可調；
3）半周期重裝載能力；
4）20mA輸出驅動(dòng)能力。
本系統2個(gè)PWM模塊工作方式如下：
PWMA0，PWMA1（SPWM0，SPWM1）工作于互補的PWM對，用于產(chǎn)生SPWM調制波，載波為64kHz，調制波為100Hz；
PWMA2，PWMA3（PWM0，PWM1）工作于軟件控制的I/O，產(chǎn)生50Hz方波信號。把100Hz半波變換為50Hz全波；
PWMA4（D/A）工作于D/A，根據機內溫度或損耗產(chǎn)生修正的信號調整吸收功率管；
PWMB0，PWMB1，PWMB2（F0～F2）工作于軟件控制的I/O，用以控制補償電路。
3.4 并機與同步電路
同步電路由PA0，PA1完成，其中PA0為輸入腳，檢測外部（其它的逆變單元）的50Hz同步信號，PA1為輸出腳，用以送出本機的50Hz同步信號。當系統上電后，本機先檢測有無(wú)外部同步信號，若有則本機跟蹤外部的信號，并發(fā)出一個(gè)同步信號，若無(wú)則工作于本機的同步信號。
并機由CAN完成。CAN模塊負責收集其它逆變單元的狀態(tài)值（電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率等）并發(fā)送本身的狀態(tài)值。
3.5 檢測、控制及顯示電路
1）PD2設置為輸入口，當S1開(kāi)關(guān)合上后電源才啟動(dòng)；
2）PD6，PD7設置為輸入口，分別檢測輸入接觸器狀態(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(cháng)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，送出信號給LCD的數據口DB0～DB7；
由于采用16×2位字符型LCD模塊，查手冊知LCD的門(mén)限電壓為
Vih(min)=2.2V，Vil(max)=0.6V，
符合DSP芯片的邏輯，故DSP56F805可直接驅動(dòng)LCD，不須電平轉換；
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(hù)把程序寫(xiě)入片內的Flash閃存，也方便用戶(hù)在線(xiàn)編程、修改和升級軟件。
3.7 RS-232、時(shí)鐘及電源電路
DSP56F805內帶兩組SCI，本系統用了SCI0作為RS232接口，若單機使用時(shí)RS232作為通信口與PC機相連，若并機使用，則該口不用，由主監控器負責與PC機通訊。
DSP56F805有一個(gè)帶PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘單元，通過(guò)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轉換精度，A/D采用獨立供電系統。
若外部的數字電路有＋5V供電系統，與DSP接口必要時(shí)須進(jìn)行電平轉換。

4 系統軟件
4.1 軟件原理
系統軟件的主要任務(wù)是實(shí)現數字正弦信號，并穩定輸出信號電壓，管理各種設備，并且完成并機的協(xié)調工作。
系統軟件通過(guò)查表的方