CN113433846B - 一种基于dsp的模块化组合式变频器功率模块控制板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，包括主控芯片、信号预处理模块、信号比较模块、存储模块、PWM输出模块、通讯模块和信号通道切换控制模块；信号预处理模块与被测信号端连接，主控芯片通过接收信号预处理模块、信号通道切换控制模块的信号通过AD采样计算出被采样信号的有效值，以及接收信号比较模块的信号计算被测信号的频率；主控芯片检测得出的数据通过通讯模块接入CAN通讯网络，将数据上传给上位机；同时通讯模块通过CAN网络接收上位机的指令；根据主控芯片计算的采样信号的有效值、存储校准值及接收指令进行整流与逆变算法运算并通过PWM输出模块输出整流与逆变PWM信号。

Description

一种基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板
技术领域
本发明属于电力系统供电技术领域，具体涉及一种基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板。
背景技术
国内目前变频器大多采用单机的工作方式，不具备功率模块并联运行与在线加入、退出的功能，其控制器只能进行变频器单机的控制功能，不具备多变频器功率模块的通讯与控制功能，不能实现变频器的容量按需配置与变频器不停机维护功能，使用过程中存在较大限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变频器高可靠供电系统，能够实现对模块化组合式变频器的功率模块输入、输出电压、电流有效值及相位进行实时检测与运算并与在线功率模块、控制卡进行实时通讯与同步，根据设定值及检测运算值提供模块化组合式变频器功率模块的整流器与逆变器控制信号，实现模块化组合式变频器功率模块的变频并联输出。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，包括主控芯片、信号预处理模块、信号比较模块、存储模块、PWM输出模块、通讯模块和信号通道切换控制模块；
信号预处理模块与被测信号端连接，被测信号包括23路，23路信号分别为：R、S、T三相输入电流，+BUS、-BUS两直流母线电压，R、S、T三相输入电压，U、V、W三相逆变电压直流分量，U、V、W三相输出电流，U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流；
被测的23路信号经信号预处理模块预处理后分为三组输出，第一组包括18个信号，分别为：R、S、T三相输入电压，U、V、W三相逆变电压直流分量，U、V、W三相输出电流，U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流，第一组的18个信号进入信号通道切换控制模块，经控制切换后连接主控芯片的AD采样管脚进行采样处理；第二组包括5个信号，分别为R、S、T三相输入电流和+BUS、-BUS两直流母线电压，第二组的5个信号直接连接主控芯片AD采样管脚进行AD采样处理；第三组包括3个信号，分别为R相输入电压、U相逆变电压、U相输出电压，第三组的3个信号进入信号比较模块，经比较处理后连接主控芯片ECAP管脚进行过零与频率测量；
主控芯片通过接收信号预处理模块、信号通道切换控制模块的信号通过AD采样计算出被采样信号的有效值，以及接收信号比较模块的信号计算被测信号的频率；主控芯片检测得出的数据通过通讯模块接入CAN通讯网络，将数据上传给上位机；同时通讯模块通过CAN网络接收上位机的指令；每个接入CAN通讯网络的控制板具有唯一的识别地址，识别信息存储在存储模块，可在线进行读取和修改；根据主控芯片计算的采样信号的有效值、存储校准值及接收指令进行整流与逆变算法运算并通过PWM输出模块输出整流与逆变PWM信号。
在上述技术方案中，主控芯片选用TI公司的TMS320F28335。
在上述技术方案中，所述信号预处理模块包括12个信号预处理子模块，单个信号预处理子模块实现两路采样信号幅值的转换，由输入被采样信号的-6～6V转换为0～3V。
在上述技术方案中，信号预处理子模块采用TL074SM运放芯片。
在上述技术方案中，信号通道切换控制模块包括三个通道切换芯片，进入信号通道切换控制模块的18个信号平均分成两组，每组9个信号，第一组是R、S、T三相输入电压、U、V、W三相逆变电压直流分量、U、V、W三相输出电流；第二组是U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流，这两组信号分别与三个通道切换芯片的数据通道相连接，通过主控芯片输出1位二进制地址线对三个通道切换芯片的数据通道进行选通，被选通通道的9个信号输出至公共输出端，连接主控芯片AD采样管脚。
在上述技术方案中，三个通道切换芯片型号均为LV3257SM。
在上述技术方案中，输入信号接口的1、2、3、4管脚分别连接第一个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-，第一个信号预处理子模块的输出OUT1、OUT2分别连接主控芯片的47、48管脚；输入信号接口的5、6、7、8管脚分别连接第二个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第二个信号预处理子模块输出OUT1、OUT2分别连接主控芯片49、50管脚；输入信号接口的9、10、11、12管脚分别连接第三个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第三个信号预处理子模块输出OUT1连接主控芯片51管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的6管脚；输入信号接口的13、14、15、16管脚分别连接第四个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第四个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的3管脚，OUT3连接至信号比较模块电阻R21，OUT2连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的10管脚；输入信号接口的17、18、19、20管脚分别连接第五个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第五个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的3管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的6管脚；输入信号接口的21、22、23、24管脚分别连接第六个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第六个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的10管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的3管脚；输入信号接口的25、26、27、28管脚分别连接第七个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第七个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的6管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的10管脚；输入信号接口的29、30、31、32管脚分别连接第八个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第八个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的2管脚，OUT3连接至信号比较模块电阻R31，OUT2连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的5管脚；输入信号接口的33、34、35、36管脚分别连接第九个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第九个信号预处理子模块的输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块第一个通道切换芯片的11管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的5管脚；输入信号接口的37、38、39、40管脚分别连接第十个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块第三个通道切换芯片的2管脚，OUT3连接至信号比较模块的电阻R26，OUT2连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的11管脚；输入信号接口的41、42、43、44管脚分别连接第十一个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十一个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的2管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的5管脚；输入信号接口的45、46管脚分别连接第十二个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十二个信号预处理子模块输出OUT1连接连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的11管脚。
在上述技术方案中，主控芯片的19管脚输出标准的方波，与信号通道切换控制模块的三个通道切换芯片的1管脚相连，主控芯片的40、41、42管脚分别连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的9、7、4管脚；主控芯片的37、38、39管脚分别连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的9、7、4管脚；主控芯片的46、35、36管脚分别连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的9、7、4管脚；三个通道切换芯片的16管脚接3.3V电源，8、15管脚接地。
在上述技术方案中，所述信号比较模块，用于将信号预处理模块的第三组输出的三路正弦波信号转换成同频率的方波信号，以满足主控芯片对信号的检测，其连接关系如下：信号比较模块采用比较芯片，型号为LM339SM，比较芯片的3、12管脚接分别接+15V与-15V，10管脚接+15V，11管脚接地；三路比较输入信号分别经串联电阻R21、R26、R31连接至比较芯片4、6、8管脚，同时4、6、8管脚分别经串联电容C10、C12、C14接地；三路比较输出信号分别由管脚2、1、14经串联电阻R17、R22、R27连接至主控芯片68、69、72管脚，同时管脚2、1、14分别经串联电阻R18、R23、R28连接至电源3.0V；管脚5经电阻R20电容C9并联接地，同时管脚5经电阻R19串联接至管脚2；管脚7经电阻R25电容C11并联接地，同时管脚7经电阻R24串联接至管脚1；管脚9经电阻R30电容C13并联接地，同时管脚9经电阻R29串联接至管脚14。
在上述技术方案中，所述通讯模块，用于完成指令的接收与数据的传输，其连接关系如下：通讯模块包括两个隔离芯片，型号均为TLP2361，第一隔离芯片的1引脚接3.3V，6引脚接+5V，5引脚与6引脚间靠电阻R35连接，4引脚接地，5引脚与CAN总线驱动器的1引脚相连，3引脚通过电阻R32与主控芯片的176引脚相连；第二隔离芯片的4引脚接地，1引脚接+5V，6引脚接3.3V，5引脚与6引脚间靠电阻R33连接，3引脚通过电阻R34与型号为PCA85C250的CAN总线驱动器的4引脚相连，5引脚与主控芯片的1引脚相连；CAN总线驱动器的2引脚接地，3引脚接+5V，8引脚通过电阻R36接地，6、7引脚分别接入CAN通讯网络的CANL和CANH。
在上述技术方案中，存储模块采用25LC640SM型号的存储芯片，存储芯片的3、7、8引脚接3.3V电源，4引脚接地，引脚1、2、5、6分别与主控芯片99、97、96、98相连，同时引脚1通过电阻R37串联接3.3V电源。
在上述技术方案中，还包括供电模块，供电模块的电源主要包括±15V、+5V、+3.3V、+3.0V、+1.8V，其连接关系如下：电源芯片DKE15A-15的1引脚接地，2引脚接+12V，1、2引脚通过电容C15相连，3引脚输出+15V，5引脚输出-15V，4引脚接地；电源芯片K7805的1引脚接+15V，2引脚接地，3引脚输出+5V，1、2引脚通过电容C16相连，2、3引脚通过电容C17相连；电源芯片TPS767D301的5、6、11、12引脚接+5V，3、9引脚接地，17、18引脚输出3.3V，23、24引脚输出1.8V；电源芯片LT1790-3.0VSM的1、2引脚接地，4引脚接+5V，6引脚接3.0V。
本发明的优点和有益效果为：
1)该控制器集成度高，可实现9路交流电压信号、9路交流电流信号的有效值检测，3路交流电压直流分量检测，2路直流母线电压值检测，3路电压信号的过零与频率检测；
2)该控制器能够存储组合式模块化变频器功率模块运行参数的初始值与校准值，当运行参数超出阈值范围时可保存现场数据；能够存储其在机柜中的机位地址，并可实现在线修改、查询装置识别地址，实现了功率模块的通用性，提高了组合式模块变频器的可维护性；
3)该控制器应用于30kVA的功率模块中，成功的实现了组合式模块化变频器7个功率模块的变频并联输出，在线投入与退出功能正常。
附图说明
图1为基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制器的电路结构示意图；
图2为单个信号预处理子模块的电路示意图；
图3为信号预处理模块的电路示意图；
图4为信号通道切换控制模块电路示意图；
图5为信号比较模块电路示意图；
图6为通讯模块电路示意图；
图7为存储模块电路示意图；
图8为PWM输出模块示意图；
图9为供电模块电路示意图。
图中：1为信号预处理模块；2为信号比较模块；3为存储模块；4为PWM输出模块；5为通讯模块；6为主控芯片；7为供电模块；8为信号通道切换控制模块；9为运放芯片；10为信号输入接口；11为第一个信号预处理子模块；12为第二个信号预处理子模块；13为第三个信号预处理子模块；14为第四个信号预处理子模块；15为第五个信号预处理子模块；16为第六个信号预处理子模块；17为第七个信号预处理子模块；18为第八个信号预处理子模块；19为第九个信号预处理子模块；20为第十个信号预处理子模块；21为第十一个信号预处理子模块；22为第十二个信号预处理子模块；23为第一个通道切换芯片；24为第二个通道切换芯片；25为第三个通道切换芯片；26为比较芯片；27为第一隔离芯片；28为第二隔离芯片；29为CAN总线驱动器；30为存储芯片；31为PWM输出信号接口；32为电源芯片DKE15A-15；33为电源芯片K7805；34为电源芯片TPS767D301；35为电源芯片LT1790-3.0VSM。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板组成框图如图1所示，主要由以下几个模块构成：主控芯片、信号预处理模块、信号比较模块、存储模块、PWM输出模块、通讯模块、供电模块、信号通道切换控制模块。
被测信号包括23路，23路信号分别为：R、S、T三相输入电流，+BUS、-BUS两直流母线电压，R、S、T三相输入电压，U、V、W三相逆变电压直流分量，U、V、W三相输出电流，U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流。
被测的23路信号进入控制板后，首先进入信号预处理模块，经预处理后的信号分为三组，第一组包括18个信号(对应图1中的B组信号)，分别为：R、S、T三相输入电压，U、V、W三相逆变电压直流分量，U、V、W三相输出电流，U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流，第一组的18个信号进入信号通道切换控制模块，经控制切换后连接主控芯片的AD采样管脚进行采样处理；第二组包括5个信号(对应图1中的A组信号)，分别为R、S、T三相输入电流和+BUS、-BUS两直流母线电压，第二组的5个信号直接连接主控芯片AD采样管脚进行AD采样处理；第三组包括3个信号，分别为R相输入电压、U相逆变电压、U相输出电压，第三组的3个信号进入信号比较模块，经比较处理后连接主控芯片ECAP管脚进行过零与频率测量。
主控芯片通过接收信号预处理模块、信号通道切换控制模块的信号通过AD采样计算出被采样信号的有效值，以及接收信号比较模块的信号计算被测信号的频率；主控芯片检测得出的数据通过通讯模块接入CAN通讯网络，将数据上传给上位机；同时通讯模块通过CAN网络接收上位机的指令；每个接入CAN通讯网络的控制板具有唯一的识别地址，装置的识别信息存储在存储模块，可在线进行读取和修改。根据主控芯片检测计算值、存储校准值及接收指令进行整流与逆变算法运算输出整流与逆变PWM信号。同时当运行状态超出阈值范围时，存储存现场数据供后续运行状态分析。供电模块负责各个模块的供电。
下面结合电路图详细介绍其内部连接关系：
所述信号预处理模块包括12个信号预处理子模块，图2为单个信号预处理子模块的电路图，一个子模块实现两路采样信号幅值的转换，由输入被采样信号的-6～6V转换为0～3V。其连接关系如下：运放芯片(型号为TL074SM)的4、11引脚分别接+15V、-15V。第一路输入信号的正、负两端IN1+与IN1-分别通过串接电阻R1、R3连接运放芯片的5、6管脚，同时运放芯片的5管脚通过电阻R2与电容C1并联接地，同时运放芯片6管脚通过电阻R4与电容C2并联接运放芯片7管脚，7管脚输出信号OUT3，同时7管脚通过电阻R5连接运放芯片3管脚，同时3管脚通过电阻R6连接+3.0V电源，运放芯2管脚通过电阻R7连接运放芯片1管脚，同时2管脚通过串联电阻R8输出第1路输入信号的预处理信号OUT1。第2路输入信号的正、负两端IN2+与IN2-分别通过串接电阻R9、R11连接运放芯片的12、13管脚，同时运放芯片的12管脚通过电阻R10与电容C5并联接地，同时运放芯片13管脚通过电阻R12与电容C6并联接运放芯片14管脚，同时14管脚通过电阻R13连接运放芯片10管脚，同时10管脚通过电阻R14连接+3.0V电源，运放芯9管脚通过电阻R15连接运放芯片8管脚，同时9管脚通过串联电阻R16输出第2路输入信号的预处理信号OUT2。
图3为所述信号预处理模块的电路图，共包含12个图2所示的信号预处理子模块。其连接关系如下：输入信号接口的1、2、3、4管脚分别连接第一个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-，第一个信号预处理子模块的输出OUT1、OUT2分别连接主控芯片(主控芯片选用TI公司的TMS320F28335)的47、48管脚；输入信号接口的5、6、7、8管脚分别连接第二个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第二个信号预处理子模块输出OUT1、OUT2分别连接主控芯片49、50管脚；输入信号接口的9、10、11、12管脚分别连接第三个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第三个信号预处理子模块输出OUT1连接主控芯片51管脚，OUT2连接图4信号通道切换控制模块第一个切换芯片6管脚；输入信号接口的13、14、15、16管脚分别连接第四个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第四个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第一个切换芯片3管脚，OUT3连接至图5所示信号比较模块电阻R21，OUT2连接图4信号通道切换控制模块第一个切换芯片10管脚；输入信号接口的17、18、19、20管脚分别连接第五个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第五个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第三个切换芯片3管脚，OUT2连接图4信号通道切换控制模块第三个切换芯片6管脚；输入信号接口的21、22、23、24管脚分别连接第六个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第六个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第三个切换芯片10管脚，OUT2连接图4信号通道切换控制模块第二个切换芯片3管脚；输入信号接口的25、26、27、28管脚分别连接第七个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第七个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第二个切换芯片6管脚，OUT2连接图4信号通道切换控制模块第二个切换芯片10管脚；输入信号接口的29、30、31、32管脚分别连接第八个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第八个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第一个切换芯片2管脚，OUT3连接至图5所示信号比较模块电阻R31，OUT2连接图4信号通道切换控制模块的第一个切换芯片(型号为LV3257SM)的5管脚；输入信号接口的33、34、35、36管脚分别连接第九个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第九个信号预处理子模块的输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第一个切换芯片的11管脚，OUT2连接图4信号通道切换控制模块第三个切换芯片(型号为LV3257SM)的5管脚；输入信号接口的37、38、39、40管脚分别连接第十个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第三个切换芯片的2管脚，OUT3连接至图5所示信号比较模块的电阻R26，OUT2连接图4信号通道切换控制模块的第三个切换芯片11管脚；输入信号接口的41、42、43、44管脚分别连接第十一个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十一个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块的第二个切换芯片(型号为LV3257SM)的2管脚，OUT2连接图4信号通道切换控制模块的第二个切换芯片5管脚；输入信号接口的45、46管脚分别连接第十二个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十二个信号预处理子模块输出OUT1连接连接图4信号通道切换控制模块第二个切换芯片11管脚。
图4为信号通道切换控制模块电路，主要负责在主控芯片的控制下实现对信号预处理模块处理后的第一组的18个信号的切换。信号通道切换控制模块包括三片通道切换芯片，型号均为LV3257SM，主控芯片19管脚输出标准的方波，与信号通道切换控制模块的三片通道切换芯片的1管脚相连。主控芯片的40、41、42管脚分别连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的9、7、4管脚；主控芯片的37、38、39管脚分别连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的9、7、4管脚；主控芯片的46、35、36管脚分别连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的9、7、4管脚；三个通道切换芯片的16管脚接3.3V电源，8、15管脚接地。一个通道切换芯片可完成3个二选一信号选择输出，管脚2、5、11为一组输入，管脚3、6、10为的二组输入，管脚4、7、9为三路输出。主控芯片选通信号为低点平时管脚2、5、11被选通输出至管脚4、7、9。
图5为信号比较模块电路，主要负责将信号预处理模块的第三组输出的三路正弦波信号转换成同频率的方波信号，以满足主控芯片对信号的检测。其连接关系如下：信号比较模块采用比较芯片，型号为LM339SM，比较芯片的3、12管脚接分别接+15V与-15V，10管脚接+15V，11管脚接地；三路比较输入信号分别经串联电阻R21、R26、R31连接至比较芯片4、6、8管脚，同时4、6、8管脚分别经串联电容C10、C12、C14接地；三路比较输出信号分别由管脚2、1、14经串联电阻R17、R22、R27连接至主控芯片68、69、72管脚，同时管脚2、1、14分别经串联电阻R18、R23、R28连接至电源3.0V；管脚5经电阻R20电容C9并联接地，同时管脚5经电阻R19串联接至管脚2；管脚7经电阻R25电容C11并联接地，同时管脚7经电阻R24串联接至管脚1；管脚9经电阻R30电容C13并联接地，同时管脚9经电阻R29串联接至管脚14。
图6为通讯模块电路，主要负责完成指令的接收与数据的传输。其连接关系如下：通讯模块包括两个隔离芯片，型号为TLP2361，第一隔离芯片的1引脚接3.3V，6引脚接+5V，5引脚与6引脚间靠电阻R35连接，4引脚接地，5引脚与CAN总线驱动器的1引脚相连，3引脚通过电阻R32与主控芯片的176引脚相连；第二隔离芯片的4引脚接地，1引脚接+5V，6引脚接3.3V，5引脚与6引脚间靠电阻R33连接，3引脚通过电阻R34与CAN总线驱动器(型号为PCA85C250)的4引脚相连，5引脚与主控芯片的1引脚相连；CAN总线驱动器的2引脚接地，3引脚接+5V，8引脚通过电阻R36接地，6、7引脚分别接入CAN通讯网络的CANL和CANH。
图7为存储模块电路，主要是完成功率模块的校准值及异常现场数据的存储。其连接关系如下：存储模块采用25LC640SM型号的存储芯片，存储芯片的3、7、8引脚接3.3V电源，4引脚接地，引脚1、2、5、6分别与主控芯片99、97、96、98相连，同时引脚1通过电阻R37串联接3.3V电源。
图8为PWM输出模块电路，组合式模块化变频器功率模块采用的是AC-DC-AC变频调压原理，PWM输出模块根据采样值及整流、逆变控制算法输出整流与逆变PWM信号，对整流与逆变IGBT主功率器件进行通断控制，生成满足需求的正负直流母线电压与UVW逆变电压。其具体连接如下：主控制芯片的5、6、7、11、12、13、16、17、18分别连接PWM输出信号接口的1、3、5、7、9、11、13、15、17引脚。
图9为供电模块电路，该控制板使用的电源主要包括±15V、+5V、+3.3V、+3.0V、+1.8V，其连接关系如下：电源芯片DKE15A-15的1引脚接地，2引脚接+12V，1、2引脚通过电容C15相连，3引脚输出+15V，5引脚输出-15V，4引脚接地；电源芯片K7805的1引脚接+15V，2引脚接地，3引脚输出+5V，1、2引脚通过电容C16相连，2、3引脚通过电容C17相连；电源芯片TPS767D301的5、6、11、12引脚接+5V，3、9引脚接地，17、18引脚输出3.3V，23、24引脚输出1.8V；电源芯片LT1790-3.0VSM的1、2引脚接地，4引脚接+5V，6引脚接3.0V。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：包括主控芯片、信号预处理模块、信号比较模块、存储模块、PWM输出模块、通讯模块和信号通道切换控制模块；
信号预处理模块与被测信号端连接，被测信号包括23路，23路信号分别为：R、S、T三相输入电流，+BUS、-BUS两直流母线电压，R、S、T三相输入电压，U、V、W三相逆变电压直流分量，U、V、W三相输出电流，U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流；
被测的23路信号经信号预处理模块预处理后分为三组输出，第一组包括18个信号，分别为：R、S、T三相输入电压，U、V、W三相逆变电压直流分量，U、V、W三相输出电流，U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流，第一组的18个信号进入信号通道切换控制模块，经控制切换后连接主控芯片的AD采样管脚进行采样处理；第二组包括5个信号，分别为R、S、T三相输入电流和+BUS、-BUS两直流母线电压，第二组的5个信号直接连接主控芯片AD采样管脚进行AD采样处理；第三组包括3个信号，分别为R相输入电压、U相逆变电压、U相输出电压，第三组的3个信号进入信号比较模块，经比较处理后连接主控芯片ECAP管脚进行过零与频率测量；
主控芯片通过接收信号预处理模块、信号通道切换控制模块的信号通过AD采样计算出被采样信号的有效值，以及接收信号比较模块的信号计算被测信号的频率；主控芯片检测得出的数据通过通讯模块接入CAN通讯网络，将数据上传给上位机；同时通讯模块通过CAN网络接收上位机的指令；每个接入CAN通讯网络的控制板具有唯一的识别地址，识别信息存储在存储模块，可在线进行读取和修改；根据主控芯片计算的采样信号的有效值、存储校准值及接收指令进行整流与逆变算法运算并通过PWM输出模块输出整流与逆变PWM信号。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：所述信号预处理模块包括12个信号预处理子模块，单个信号预处理子模块实现两路采样信号幅值的转换，由输入被采样信号的-6～6V转换为0～3V。
3.根据权利要求2所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：主控芯片选用TI公司的TMS320F28335，信号预处理子模块采用TL074SM运放芯片。
4.根据权利要求3所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：所述信号通道切换控制模块在主控芯片的控制下实现对信号预处理模块处理后的第一组的18个信号的切换，信号通道切换控制模块包括三个通道切换芯片，型号均为LV3257SM，进入信号通道切换控制模块的18个信号平均分成两组，每组9个信号，第一组是R、S、T三相输入电压、U、V、W三相逆变电压直流分量、U、V、W三相输出电流；第二组是U、V、W三相逆变电压、U、V、W三相输出电压，U、V、W三相逆变电流，这两组信号分别与三个通道切换芯片的数据通道相连接，通过主控芯片输出1位二进制地址线对三个通道切换芯片的数据通道进行选通，被选通通道的9个信号输出至公共输出端，连接主控芯片AD采样管脚。
5.根据权利要求4所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：信号预处理模块包括一个输入信号接口和12个信号预处理子模块，输入信号接口的1、2、3、4管脚分别连接第一个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-，第一个信号预处理子模块的输出OUT1、OUT2分别连接主控芯片的47、48管脚；输入信号接口的5、6、7、8管脚分别连接第二个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第二个信号预处理子模块输出OUT1、OUT2分别连接主控芯片49、50管脚；输入信号接口的9、10、11、12管脚分别连接第三个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第三个信号预处理子模块输出OUT1连接主控芯片51管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的6管脚；输入信号接口的13、14、15、16管脚分别连接第四个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第四个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的3管脚，OUT3连接至信号比较模块电阻R21，OUT2连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的10管脚；输入信号接口的17、18、19、20管脚分别连接第五个信号预处理子模块的IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第五个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的3管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的6管脚；输入信号接口的21、22、23、24管脚分别连接第六个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第六个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的10管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的3管脚；输入信号接口的25、26、27、28管脚分别连接第七个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第七个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的6管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的10管脚；输入信号接口的29、30、31、32管脚分别连接第八个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第八个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的2管脚，OUT3连接至信号比较模块电阻R31，OUT2连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的5管脚；输入信号接口的33、34、35、36管脚分别连接第九个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第九个信号预处理子模块的输出OUT1连接信号通道切换控制模块第一个通道切换芯片的11管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的5管脚；输入信号接口的37、38、39、40管脚分别连接第十个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块第三个通道切换芯片的2管脚，OUT3连接至信号比较模块的电阻R26，OUT2连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的11管脚；输入信号接口的41、42、43、44管脚分别连接第十一个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十一个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的2管脚，OUT2连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的5管脚；输入信号接口的45、46管脚分别连接第十二个信号预处理子模块的 IN1+、IN1-、IN2+、IN2-,第十二个信号预处理子模块输出OUT1连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的11管脚；
输入信号接口的1管脚接R输入电流+信号，输入信号接口的2管脚接R输入电流-信号，输入信号接口的3管脚接S输入电流+信号，输入信号接口的4管脚接S输入电流-信号，输入信号接口的5管脚接T输入电流+信号，输入信号接口的6管脚接T输入电流-信号，输入信号接口的7管脚接+BUS+信号，输入信号接口的8管脚接+BUS-信号，输入信号接口的9管脚接-BUS+信号，输入信号接口的10管脚接-BUS-信号，输入信号接口的11管脚接S输入电压+信号，输入信号接口的12管脚接S输入电压-信号，输入信号接口的13管脚接R输入电压+信号，输入信号接口的14管脚接R输入电压-信号，输入信号接口的15管脚接T输入电压+信号，输入信号接口的16管脚接T输入电压-信号，输入信号接口的17管脚接U直流分量+，输入信号接口的18管脚接U直流分量-，输入信号接口的19管脚接V直流分量+，输入信号接口的20管脚接V直流分量-，输入信号接口的21管脚接W直流分量+，输入信号接口的22管脚接W直流分量-，输入信号接口的23管脚接U输出电流+，输入信号接口的24管脚接U输出电流-，输入信号接口的25管脚接V输出电流+，输入信号接口的26管脚接V输出电流-，输入信号接口的27管脚接W输出电流+，输入信号接口的28管脚接W输出电流-，输入信号接口的29管脚接U逆变电压+，输入信号接口的30管脚接U逆变电压-，输入信号接口的31管脚接V逆变电压+，输入信号接口的32管脚接V逆变电压-，输入信号接口的33管脚接W逆变电压+，输入信号接口的34管脚接W逆变电压-，输入信号接口的35管脚接V输出电压+，输入信号接口的36管脚接V输出电压-，输入信号接口的37管脚接U输出电压+，输入信号接口的38管脚接U输出电压-，输入信号接口的39管脚接W输出电压+，输入信号接口的40管脚接W输出电压-，输入信号接口的41管脚接U逆变电流+，输入信号接口的42管脚接U逆变电流-，输入信号接口的43管脚接V逆变电流+，输入信号接口的44管脚接V逆变电流-，输入信号接口的45管脚接W逆变电流+，输入信号接口的46管脚接W逆变电流-。
6.根据权利要求5所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：主控芯片的19管脚输出标准的方波，与信号通道切换控制模块的三个通道切换芯片的1管脚相连，主控芯片的40、41、42管脚分别连接信号通道切换控制模块的第一个通道切换芯片的9、7、4管脚；主控芯片的37、38、39管脚分别连接信号通道切换控制模块的第二个通道切换芯片的9、7、4管脚；主控芯片的46、35、36管脚分别连接信号通道切换控制模块的第三个通道切换芯片的9、7、4管脚；三个通道切换芯片的16管脚接3.3V电源，8、15管脚接地。
7.根据权利要求6所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：所述信号比较模块，用于将信号预处理模块的第三组输出的三路正弦波信号转换成同频率的方波信号，以满足主控芯片对信号的检测，其连接关系如下：信号比较模块采用比较芯片，型号为LM339SM，比较芯片的3、12管脚接分别接+15V与-15V，10管脚接+15V，11管脚接地；三路比较输入信号分别经串联电阻R21、R26、R31连接至比较芯片4、6、8管脚，同时4、6、8管脚分别经串联电容C10、C12、C14接地；三路比较输出信号分别由管脚2、1、14经串联电阻R17、R22、R27连接至主控芯片68、69、72管脚，同时管脚2、1、14分别经串联电阻R18、R23、R28连接至电源3.0V；管脚5经电阻R20电容C9并联接地，同时管脚5经电阻R19串联接至管脚2；管脚7经电阻R25电容C11并联接地，同时管脚7经电阻R24串联接至管脚1；管脚9经电阻R30电容C13并联接地，同时管脚9经电阻R29串联接至管脚14。
8.根据权利要求7所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：所述通讯模块，用于完成指令的接收与数据的传输，其连接关系如下：通讯模块包括两个隔离芯片，型号均为TLP2361，第一隔离芯片的1引脚接3.3V，6引脚接+5V，5引脚与6引脚间靠电阻R35连接，4引脚接地，5引脚与CAN总线驱动器的1引脚相连，3引脚通过电阻R32与主控芯片的176引脚相连；第二隔离芯片的4引脚接地，1引脚接+5V，6引脚接3.3V，5引脚与6引脚间靠电阻R33连接，3引脚通过电阻R34与型号为PCA85C250的CAN总线驱动器的4引脚相连，5引脚与主控芯片的1引脚相连;CAN总线驱动器的2引脚接地，3引脚接+5V，8引脚通过电阻R36接地，6、7引脚分别接入CAN通讯网络的CANL和CANH。
9.根据权利要求2所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：存储模块采用25LC640SM型号的存储芯片，存储芯片的3、7、8引脚接3.3V电源，4引脚接地，引脚1、2、5、6分别与主控芯片99、97、96、98相连，同时引脚1通过电阻R37串联接3.3V电源。
10.根据权利要求8所述的基于DSP的模块化组合式变频器功率模块控制板，其特征在于：还包括供电模块，供电模块的电源主要包括±15V、+5V、+3.3V、+3.0V 、+1.8V，其连接关系如下：电源芯片DKE15A-15的1引脚接地，2引脚接+12V，1、2引脚通过电容C15相连，3引脚输出+15V，5引脚输出-15V，4引脚接地；电源芯片K7805的1引脚接+15V，2引脚接地，3引脚输出+5V，1、2引脚通过电容C16相连，2、3引脚通过电容C17相连；电源芯片TPS767D301的5、6、11、12引脚接+5V，3、9引脚接地，17、18引脚输出3.3V，23、24引脚输出1.8V；电源芯片LT1790-3.0VSM的1、2引脚接地，4引脚接+5V，6引脚接3.0V。
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