一種基于dsp控制的三相逆變器電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于DSP控制的三相逆變器電源，包括3個(gè)相互獨(dú)立的單相逆變器模塊，以及分別與3個(gè)單相逆變器模塊相連的DSP控制模塊和工頻升壓變壓器，其中，所述DSP控制模塊包括DSP控制芯片、直流電壓檢測(cè)電路、IGBT交流電流檢測(cè)電路、交流電壓檢測(cè)電路、隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路、聲光報(bào)警電路和RS485通信電路，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片輸出的SPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經(jīng)過(guò)工頻升壓變壓器變換成工頻交流輸出。采用上述結(jié)構(gòu)的三相逆變器電源具有效率高，穩(wěn)定性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
—種基于DSP控制的三相逆變器電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三相離網(wǎng)逆變器電源，特別是涉及一種基于DSP控制的三相逆變器電源，屬于新能源發(fā)電系統(tǒng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能光伏發(fā)電是包括我國(guó)在內(nèi)的多國(guó)政府支持的長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，并且已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而逆變器是整個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。逆變器按輸出端相數(shù)分類，可以分成單相逆變器和三相逆變器。單相逆變器按結(jié)構(gòu)又可分為半橋逆變器和全橋逆變器。三相逆變器又可分為三相三線制逆變器和三相四線制逆變器。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)不同的場(chǎng)合選擇單相逆變器或三相逆變器。
[0003]常規(guī)的三相逆變電源在三相負(fù)載平衡時(shí)，可以獲得比較好的輸出特性。然而在不平衡負(fù)載條件下，由于電源的相與相之間在電路和磁路上都存在著較強(qiáng)的耦合關(guān)系，以及逆變器輸出阻抗和濾波阻抗不能為零。這就影響到三相電源輸出的對(duì)稱性，負(fù)載的不平衡度越嚴(yán)重影響就越大。當(dāng)不同的單、三相負(fù)載由同一臺(tái)三相電源供電時(shí)，這種問(wèn)題就更加突出。相位的不對(duì)稱隨之也引起線電壓的不對(duì)稱，從而可能對(duì)負(fù)載造成不良后果，以致使一些較敏感的設(shè)備不能正常工作。
[0004]有鑒于此，本發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行研究，專門開(kāi)發(fā)出一種基于DSP控制的三相逆變器電源，本案由此產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于DSP控制的三相逆變器電源，具有完善的過(guò)欠壓、過(guò)載、短路、過(guò)溫保護(hù)及報(bào)警功能，整個(gè)電源效率高，穩(wěn)定性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種基于DSP控制的三相逆變器電源，包括3個(gè)相互獨(dú)立的單相逆變器模塊，以及分別與3個(gè)單相逆變器模塊相連的DSP控制模塊和工頻升壓變壓器，其中，所述DSP控制模塊包括DSP控制芯片，與DSP控制芯片輸入端相連的直流電壓檢測(cè)電路、IGBT交流電流檢測(cè)電路、交流電壓檢測(cè)電路，與DSP控制芯片輸出端相連的隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路、聲光報(bào)警電路，所述DSP控制模塊進(jìn)一步包括一 RS485通信電路，用于DSP控制芯片與上位機(jī)通信，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片輸出的SPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經(jīng)過(guò)工頻升壓變壓器變換成工頻交流輸出。
[0007]作為優(yōu)選，上述DSP控制芯片采用型號(hào)為DSPIC33的DSP芯片。
[0008]作為優(yōu)選，上述直流電壓檢測(cè)電路包括數(shù)個(gè)相互串聯(lián)的采樣電阻，以及與采樣電阻相連的運(yùn)算放大器，直流電壓檢測(cè)電路主要用于檢測(cè)直流輸入電壓，在直流輸入電壓過(guò)壓或欠壓時(shí)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。
[0009]作為優(yōu)選，上述IGBT交流電流檢測(cè)電路包括依次相連的霍爾電流傳感器、采樣電阻和運(yùn)算放大器，IGBT交流電流檢測(cè)電路主要用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)單相逆變器模塊IGBT全橋逆變電路后的交流電流，根據(jù)檢測(cè)的電流值進(jìn)行電流環(huán)控制。
[0010]作為優(yōu)選，上述交流電壓檢測(cè)電路包括交流電壓互感器，以及與交流電壓互感器相連的運(yùn)算放大器，交流電壓檢測(cè)電路主要用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)工頻升壓變壓器升壓后的電壓，根據(jù)檢測(cè)的電壓值進(jìn)行電壓環(huán)控制。
[0011 ] 作為優(yōu)選，隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路包括4個(gè)分別驅(qū)動(dòng)保護(hù)各個(gè)IGBT全橋逆變電路的IGBT的分電路，每個(gè)分電路均包括光耦，以及與光耦相連的三極管和二極管，DSP控制芯片輸出的SPWM信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)三極管組成的圖騰柱和兩個(gè)二極管組成的鉗位保護(hù)電路，輸出的SPWM信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離并增加驅(qū)動(dòng)能力后，輸入到IGBT的柵級(jí)。
[0012]作為優(yōu)選，RS485通信電路包括RS485通信芯片，以及與RS485通信芯片相連的發(fā)光二極管，DSP控制芯片的通用異步收發(fā)器與RS485通信芯片的發(fā)送和接收端口相連接，按照一定的波特率和通信協(xié)議，DSP控制模塊就可以與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0013]作為優(yōu)選，上述聲光報(bào)警電路包括蜂鳴器和發(fā)光二極管，通過(guò)兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。
[0014]上述基于DSP控制的三相逆變器電源的工作原理:本發(fā)明所述的每個(gè)單相逆變器模塊均獨(dú)立供電，獨(dú)立控制，可以單獨(dú)運(yùn)作在一個(gè)單相逆變器電源中，也可以三個(gè)模塊一起工作在三相逆變器電源中。DSP控制模塊由單相逆變器模塊供電，每個(gè)單相逆變器模塊都可以對(duì)DSP控制模塊供電，以保障作為單相逆變器電源時(shí)DSP可以正常工作。DSP控制芯片輸出12路SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦隔離，驅(qū)動(dòng)每個(gè)單相逆變器模塊的全橋逆變部分，經(jīng)過(guò)IGBT全橋逆變后的三個(gè)單相逆變器模塊交流電再經(jīng)過(guò)一個(gè)三相工頻變壓器耦合升壓，得到最終的三相工頻輸出電壓。DSP控制芯片輸出的SPWM波形采用雙極性，雙極性的SPWM波使得輸出諧波次數(shù)高，這樣便于LC濾波參數(shù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)降低了 L的容量。同時(shí)DSP控制芯片通過(guò)直流電壓檢測(cè)電路、IGBT交流電流檢測(cè)電路、交流電壓檢測(cè)電路，將需要監(jiān)測(cè)的電壓、電流、溫度等模擬信號(hào)采集到DSP控制芯片的A/D端口，經(jīng)DSP控制芯片內(nèi)部處理?yè)Q算，如果被監(jiān)測(cè)值異常，則調(diào)整SPWM輸出信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警和/或發(fā)光二極管顯示。
[0015]上述基于DSP控制的三相逆變器電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便靈活，可以選擇三相或單相應(yīng)用，成本低廉，DSP控制模塊系統(tǒng)采用電壓、電流雙環(huán)控制，用電流內(nèi)環(huán)快速、及時(shí)的抗擾動(dòng)性能來(lái)改善輸出波形，同時(shí)利用電流內(nèi)環(huán)對(duì)被控對(duì)象的改造，可以大大簡(jiǎn)化電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)，輸出電壓采用重復(fù)控制算法來(lái)消除死區(qū)效應(yīng)和非線性負(fù)載等周期性振動(dòng)的影響，改善輸出電壓的波形質(zhì)量，具有完善的過(guò)欠壓、過(guò)載、短路、過(guò)溫保護(hù)及報(bào)警功能，整個(gè)電源效率高，穩(wěn)定性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
[0016]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)施例的三相逆變器電源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本實(shí)施例的DSP控制模塊框圖；
圖3為本實(shí)施例的DSP控制芯片電路原理圖；
圖4為本實(shí)施例的直流電壓檢測(cè)電路原理圖；
圖5為本實(shí)施例的IGBT交流電流檢測(cè)電路原理圖； 圖6為本實(shí)施例的交流電壓檢測(cè)電路原理圖；
圖7為本實(shí)施例的隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路原理圖；
圖8為本實(shí)施例的聲光報(bào)警電路原理圖；
圖9為本實(shí)施例的RS485通信電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1-2所示，一種基于DSP控制的三相逆變器電源，包括3個(gè)相互獨(dú)立的單相逆變器模塊1，以及分別與3個(gè)單相逆變器模塊I相連的DSP控制模塊2和工頻升壓變壓器3，其中，所述DSP控制模塊2包括DSP控制芯片21，與DSP控制芯片21輸入端相連的直流電壓檢測(cè)電路22、IGBT交流電流檢測(cè)電路23、交流電壓檢測(cè)電路24，與DSP控制芯片21輸出端相連的隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路25、聲光報(bào)警電路26，所述DSP控制模塊2進(jìn)一步包括一 RS485通信電路27，用于DSP控制芯片21與上位機(jī)通信，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊I的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片21輸出的SPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經(jīng)過(guò)工頻升壓變壓器3變換成工頻交流輸出。上述基于DSP控制的三相逆變器電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便靈活，可以選擇三相或單相應(yīng)用，成本低廉，DSP控制模塊2采用電壓、電流雙環(huán)控制，用電流內(nèi)環(huán)快速、及時(shí)的抗擾動(dòng)性能來(lái)改善輸出波形，同時(shí)利用電流內(nèi)環(huán)對(duì)被控對(duì)象的改造，可以大大簡(jiǎn)化電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)，輸出電壓采用重復(fù)控制算法來(lái)消除死區(qū)效應(yīng)和非線性負(fù)載等周期性振動(dòng)的影響，改善輸出電壓的波形質(zhì)量，具有完善的過(guò)欠壓、過(guò)載、短路、過(guò)溫保護(hù)及報(bào)警功能，整個(gè)電源效率高，穩(wěn)定性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
[0019]如圖3所示，在本實(shí)施例中，所述DSP控制芯片采用型號(hào)為DSPIC33的DSP芯片。
[0020]如圖4所示，所述直流電壓檢測(cè)電路22包括數(shù)個(gè)相互串聯(lián)的采樣電阻R6(TR64，以及與采用電阻相連的運(yùn)算放大器U7A，直流電壓檢測(cè)電路22主要用于檢測(cè)直流輸入電壓，在直流輸入電壓過(guò)壓或欠壓時(shí)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。
[0021]如圖5所示，上述IGBT交流電流檢測(cè)電路23包括依次相連的霍爾電流傳感器CS1、采樣電阻R69和運(yùn)算放大器A3A、A3B等，IGBT交流電流檢測(cè)電路23主要用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)單相逆變器模塊IIGBT全橋逆變電路后的交流電流，根據(jù)檢測(cè)的電流值進(jìn)行電流環(huán)控制。
[0022]如圖6所示，上述交流電壓檢測(cè)電路24包括交流電壓互感器TVl，以及與交流電壓互感器TVl相連的運(yùn)算放大器A1A，交流電壓檢測(cè)電路24主要用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)工頻升壓變壓器3升壓后的電壓，根據(jù)檢測(cè)的電壓值進(jìn)行電壓環(huán)控制。
[0023]如圖7所示，上述隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路25包括4個(gè)分別驅(qū)動(dòng)保護(hù)各個(gè)IGBT全橋逆變電路的IGBT的分電路，每個(gè)分電路均包括TLP250光耦，以及與光耦相連的三極管和二極管，以其中一個(gè)分電路進(jìn)行具體說(shuō)明，DSP控制芯片21輸出的SPWM信號(hào)經(jīng)光耦U2隔離驅(qū)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)三極管Q1、Q5組成的圖騰柱和兩個(gè)二極管D9、D11組成的鉗位保護(hù)電路，此時(shí)輸出的SPWM信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過(guò)隔離并加大了驅(qū)動(dòng)能力，最后輸入到IGBT的柵級(jí)。
[0024]如圖8所示，所述聲光報(bào)警電路26包括蜂鳴器BI和發(fā)光二極管LED3、LED4，通過(guò)兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。
[0025]如圖9所示，RS485通信電路27包括型號(hào)為MAX3485的RS485通信芯片U1，以及與RS485通信芯片Ul相連的發(fā)光二極管LEDl，DSP控制芯片21的通用異步收發(fā)器(UART)與RS485通信芯片Ul的發(fā)送和接收端口相連接，按照一定的波特率和通信協(xié)議，DSP控制模塊21就可以與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0026]上述基于DSP控制的三相逆變器電源的工作原理:本實(shí)施例所述的每個(gè)單相逆變器模塊I均獨(dú)立供電，獨(dú)立控制，可以單獨(dú)運(yùn)作在一個(gè)單相逆變器電源中，也可以三個(gè)模塊一起工作在三相逆變器電源中。DSP控制模塊21由單相逆變器模塊I供電，每個(gè)單相逆變器模塊I都可以對(duì)DSP控制模塊供電，以保障作為單相逆變器電源時(shí)DSP可以正常工作。DSP控制芯片21輸出12路SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦隔離，驅(qū)動(dòng)每個(gè)單相逆變器模塊I的全橋逆變部分，經(jīng)過(guò)IGBT全橋逆變后的三個(gè)單相逆變器模塊I交流電再經(jīng)過(guò)一個(gè)三相工頻變壓器3耦合升壓，得到最終的三相工頻輸出電壓。DSP控制芯片21輸出的SPWM波形采用雙極性，雙極性的SPWM波使得輸出諧波次數(shù)高，這樣便于LC濾波參數(shù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)降低了 L的容量。同時(shí)DSP控制芯片21通過(guò)直流電壓檢測(cè)電路、IGBT交流電流檢測(cè)電路、交流電壓檢測(cè)電路，將需要監(jiān)測(cè)的電壓、電流、溫度等模擬信號(hào)采集到DSP控制芯片21的A/D端口，經(jīng)DSP控制芯片21內(nèi)部處理?yè)Q算，如果被監(jiān)測(cè)值異常，則調(diào)整SPWM輸出信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警和/或發(fā)光二極管顯示。
[0027]上述實(shí)施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:包括3個(gè)相互獨(dú)立的單相逆變器模塊，以及分別與3個(gè)單相逆變器模塊相連的DSP控制模塊和工頻升壓變壓器，其中，所述DSP控制模塊包括DSP控制芯片，與DSP控制芯片輸入端相連的直流電壓檢測(cè)電路、IGBT交流電流檢測(cè)電路、交流電壓檢測(cè)電路，與DSP控制芯片輸出端相連的隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路、聲光報(bào)警電路，所述DSP控制模塊進(jìn)一步包括一 RS485通信電路，用于DSP控制芯片與上位機(jī)通信，直流輸入電壓輸入到單相逆變器模塊的IGBT全橋逆變電路，由DSP控制芯片輸出的SPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)全橋逆變，將直流電逆變成交流電，交流電再經(jīng)過(guò)工頻升壓變壓器變換成工頻交流輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述DSP控制芯片采用型號(hào)為DSPIC33的DSP芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述直流電壓檢測(cè)電路包括數(shù)個(gè)相互串聯(lián)的采樣電阻，以及與采樣電阻相連的運(yùn)算放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述IGBT交流電流檢測(cè)電路包括依次相連的霍爾電流傳感器、采樣電阻和運(yùn)算放大器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述交流電壓檢測(cè)電路包括交流電壓互感器，以及與交流電壓互感器相連的運(yùn)算放大器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述隔離驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路包括4個(gè)分別驅(qū)動(dòng)保護(hù)各個(gè)IGBT全橋逆變電路的IGBT的分電路，每個(gè)分電路均包括光耦，以及與光耦相連的三極管和二極管，DSP控制芯片輸出的SPWM信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)三極管組成的圖騰柱和兩個(gè)二極管組成的鉗位保護(hù)電路，輸出的SPWM信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離并增加驅(qū)動(dòng)能力后，輸入到IGBT的柵級(jí)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述RS485通信電路包括RS485通信芯片，以及與RS485通信芯片相連的發(fā)光二極管，DSP控制芯片的通用異步收發(fā)器與RS485通信芯片的發(fā)送和接收端口相連接。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制的三相逆變器電源，其特征在于:所述聲光報(bào)警電路包括蜂鳴器和發(fā)光二極管。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK104201925SQ201410403972
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】周巧玲, 鮑仁強(qiáng), 王 忠, 談?chuàng)P寧 申請(qǐng)人:浙江永升新能源科技有限公司