基于DSP56F805的可并機(jī)逆變電源設(shè)計(jì)

圖5 穩(wěn)壓反饋原理圖

考慮到電感性負(fù)載對逆變器工作的損害，本機(jī)采用電容補(bǔ)償。在對輸出電壓和電流進(jìn)行密集采樣之后，算出視在功率S、有功功率P及無功功率Q，
S=Ks[|U(i)|× |I(i)|]（9）
P=Kp[U(i)×I(i)]（10）
Q=（11）
根據(jù)無功功率的大小和本機(jī)的特性參數(shù)，設(shè)定無功功率允許窗口，利用查表方法投入適當(dāng)?shù)碾娙萁M合，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?BR>4.2 軟件模塊結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)可分為7個(gè)模塊：系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)字正弦信號產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊、補(bǔ)償模塊、并機(jī)均流模塊、故障檢測處理模塊、顯示模塊、通信模塊。其流程如圖6所示。

圖6 軟件模塊框圖

4.2.1 系統(tǒng)初始化模塊
系統(tǒng)初始化模塊包括：中斷及優(yōu)先權(quán)設(shè)置、PWM設(shè)置、定時(shí)設(shè)置、A/D設(shè)置、通用輸入輸出口設(shè)置、通信口設(shè)置等。系統(tǒng)初始化模塊是DSP工作的開始，程序放在DSP_ init()子程序及appcofig.h程序中。
4.2.2 數(shù)字正弦信號產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊
數(shù)字正弦信號產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊，又分為信號采樣及處理模塊、輸出穩(wěn)定模塊、PWM重加載中斷服務(wù)模塊等3個(gè)子模塊。
其中信號采樣及處理模塊又分為：A/D采樣，有功功率計(jì)算，無功功率計(jì)算，功率因數(shù)計(jì)算，輸出電壓有效值計(jì)算，輸出電流有效值計(jì)算等。
輸出信號穩(wěn)定模塊主要任務(wù)是根據(jù)給定的標(biāo)準(zhǔn)信號（輸出220V）和輸出的反饋信號之差采用模糊算法，以最快的速度把輸出電壓調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。
PWM重加載中斷優(yōu)先級最高。為保證以最快的速度完成PWM重加載工作，此程序采用匯編語言，利用DSP56F805的快速16位數(shù)的乘法，在約3μs內(nèi)完成重加載的計(jì)算工作。
4.2.3 補(bǔ)償模塊
逆變器在帶感性負(fù)載時(shí)，一方面功率因數(shù)降低，降低了逆變器的有功功率，另一方面滯后的電流會給逆變器帶來危害。補(bǔ)償模塊的作用是在帶感性負(fù)載時(shí)，用投入適當(dāng)電容的方法對感性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)信號采樣模塊計(jì)算出無功功率Q和本機(jī)最大允許無功功率ΔQ，采用模糊算法以最快的速度把無功功率調(diào)整到允許范圍內(nèi)。
4.2.4 并機(jī)均流模塊
并機(jī)均流模塊是為多單元并聯(lián)輸出時(shí)用的。它不僅保證各單元輸出電壓的幅度、頻率、相位一致，而且還要求各單元的輸出負(fù)載均流。通過CAN總線對參與并機(jī)的各單元電流進(jìn)行分析、計(jì)算，使本單元電流為總電流的1/N，達(dá)到均流的目的。
定時(shí)鎖相電路用來檢測相位和頻率，使數(shù)字正弦信號產(chǎn)生器輸出的相位和頻率一致。
4.2.5 故障檢測處理模塊
故障檢測處理模塊分別對輸入電壓太高或太低、輸出電壓太高或太低、輸出過載，PWM電路故障、機(jī)內(nèi)溫度、開關(guān)管狀態(tài)進(jìn)行檢測。對所檢測的故障分為兩類分別進(jìn)行不同情況處理：對于非致命性故障采用故障顯示及報(bào)警；對于致命性故障除采用故障顯示及報(bào)警外，還關(guān)閉PWM工作以防進(jìn)一步損害其它器件。
4.2.6 顯示模塊
顯示模塊是用來顯示逆變電源的工作狀態(tài)和參數(shù)，顯示的參數(shù)主要有Vin、Iin、Vout、Iout、Pout、θ等。由于采用16X2的LCD，每次只能顯示Vout及另一個(gè)參數(shù)，通過循環(huán)按動S2鍵可顯示其它參數(shù)。
4.2.7 通信模塊
通信模塊是獨(dú)立于其它模塊單獨(dú)工作的，通過CAN總線管理進(jìn)行多單元通信工作。各并聯(lián)運(yùn)行的單元之間，采用數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)包中包含有一個(gè)數(shù)據(jù)包標(biāo)志及若干個(gè)數(shù)據(jù)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)中又包含了參與并聯(lián)單元的標(biāo)識號、輸出電流值等信息。通信模塊就是負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收工作，它是獨(dú)立工作的。它和并機(jī)均流模塊采用通信的方式傳送數(shù)據(jù)，并機(jī)均流模塊計(jì)算出本機(jī)的輸出電流后把它放在緩沖區(qū)內(nèi)，并通知通信模塊發(fā)送信號，當(dāng)通信模塊收到并機(jī)均流模塊的發(fā)送信號后，等到數(shù)據(jù)包到達(dá)本機(jī)后，本機(jī)狀態(tài)加入數(shù)據(jù)包中并發(fā)送出去，同時(shí)也向并機(jī)均流模塊發(fā)送有效數(shù)據(jù)包信號。并機(jī)均流模塊收到通信模塊發(fā)送來的信號后就到緩沖區(qū)中取走數(shù)據(jù)。
本系統(tǒng)采用Motorola公司的MSCAN軟件進(jìn)行CAN通信軟件的編程，方便快捷。
4.3 主程序清單
主程序框圖見圖7，主程序清單如下：
main ( )
{
Dsp_init ( ) ; /＊ 系 統(tǒng) 初 始 化 ＊ /
adc_tans ( ) ; /＊ 輸 入 電 壓 采 樣 ＊ /
chech_VI _ IAI_TT( ); /＊ 檢 查 輸 入 電 壓 是 否 合 適 ＊ /
while ( 1 )
{
if ( PWMA_INT_F!=0 ) /＊ 是 否 有 PWM重 加 載 中 斷 到 來 ＊ /
{
adc_trans ( ) ; /＊ 把 A/D采 樣 結(jié) 果 送 入 相 應(yīng) 緩 沖 區(qū) ＊ /
bace_hot_protect( ); /＊ 送 出 脈 沖 調(diào) 寬 波 形 到 PWMA4 ＊ /
if(OP_FLAG!=0 ) /＊ 判 斷 是 否 過 零 ＊ /
{
phase_Output_U2_Change ( ) ; /＊ 橋 式 開 關(guān) 倒 相 ＊ /
Move_Buffers ( ) ; /＊ 將 第 一 級 緩 沖 區(qū) 內(nèi) 容 轉(zhuǎn) 存 到 第 二 級 緩 沖 區(qū) ＊ /
Multiple_count ( ); /＊ 計(jì) 算 有 功 功 率 P， 視 在 功 率 S、 電 壓 有 效 值 、 電 流 有 效 值 ＊ /
If ( STRAT_FLAG = 0 ) /＊ 是 否 剛 開 機(jī) ＊ /
{
Narmal_V2_corr_kh ( ); /＊ 正 常 計(jì) 算 脈 寬 ＊ /
}
else
{
Start_V2_corr_kk ( )； /＊ 慢 起 動 ， 計(jì) 算 脈 寬 ＊ /
}
count_IACP ( ) ; /＊ 均 流 計(jì) 算 ＊ /
count_power_compensate ( ) ; /＊ 功 率 因 素 補(bǔ) 償 計(jì) 算 ＊ /
check_VI_IAI_TT ( ); /＊ 檢 測 輸 入 電 壓 是 否 異 常 ， 是 否 過 載 ， 溫 度 是 否 過 高 ＊ /
}
}
}
}
中 斷 程 序 如 下 ：
void PWM_Reload_A_callback ( void ) ; /＊ PWMA重 加 載 中 斷 ， 根 據(jù) 相 位 送 出 不 同 指 令 ＊ /
void SX_callback ( void ) ; /＊ 鎖 相 中 斷 ＊ /
void HSCAN_Callback ( void ) ; /＊ MSCAN 中 斷 收 發(fā) 程 序 ＊ /
　

圖7 主程序流程圖

4.3 特殊軟件算法說明
本機(jī)需要調(diào)整的量有：輸出電壓幅度、頻率、相位、功率因數(shù)、均流等，所有的算法都采用模糊算法。
輸出電壓調(diào)整的輸入變量有電壓偏差E和變化率ΔE，輸出控制量為脈沖寬度Zc，因此對輸入變量
定義了兩個(gè)語言：電壓偏差和變化率。電壓偏差其模糊值為5個(gè)，即低、較低、中等、較高、高。對于變化率有3個(gè)模糊值，即減小、不變和增大。根據(jù)以上定義作相應(yīng)的模糊判決。
功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)妮斎胱兞繛橛泄β势睿捶答仧o功功率和允許無功功率之差），其模糊值有3個(gè)，即負(fù)、正好、過大。其輸出控制量為投入電容的容量，電容的容量組合有8種，可根據(jù)有功功率偏差來確定電容的容量組合。

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，并穩(wěn)定輸出信號電壓，管理各種設(shè)備，并且完成并機(jī)的協(xié)調(diào)工作。
系統(tǒng)軟件通過查表的方式把數(shù)字信號送到脈沖寬度調(diào)制電路形成正弦信號Us，通過對輸出信號的采樣反饋得到Uf，經(jīng)過修正輸出正弦信號的幅值以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 穩(wěn)壓反饋原理圖

考慮到電感性負(fù)載對逆變器工作的損害，本機(jī)采用電容補(bǔ)償。在對輸出電壓和電流進(jìn)行密集采樣之后，算出視在功率S、有功功率P及無功功率Q，
S=Ks[|U(i)|× |I(i)|]（9）
P=Kp[U(i)×I(i)]（10）
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