CN203933437U - 一种基于双dsp的通用型桥式逆变器控制电路板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，包括采样DSP和控制DSP，所述采样DSP与电压同步信号检测模块、A/D采样模块连接，所述控制DSP和采样DSP双向连接，所述控制DSP与PWM信号驱动电路、所述电压同步信号检测模块、故障信号综合处理电路连接，所述A/D采样模块与所述电压同步信号检测模块、硬件保护电路连接；所述硬件保护电路与所述故障信号综合处理电路连接。本实用新型能提高控制系统的计算与控制速度，使控制系统控制精度更高，通用性更强，提高桥式逆变电路的可靠性、安全性和应对故障的能力。

Description

一种基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板
技术领域
本实用新型涉及桥式逆变器,特别是一种基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板。
背景技术
随着各种大功率电力电子设备的广泛应用，电网中的谐波污染越来越多，严重威胁电网安全运行，需要实时对电网进行谐波治理和无功补偿，这对基于桥式结构的有源电力滤波器，静止无功发生器等设备提出了更高的要求。有源电力滤波器不但要能够快速地进行谐波和无功的检测与补偿，同时也需要具有较高的可靠性和远程通信能力，控制系统具备进行自检错和自纠正的能力，实时与上位机交换数据。为了应对新的要求，目前在有源电力滤波器中广泛使用智能化控制方法以提高补偿精度和设备可靠性，这就需要高速运算能力的硬件控制平台。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，提高控制系统计算与控制速度，使控制系统通用性更强，提高桥式逆变电路的可靠性、安全性和应对故障的能力。
为解决上述技术问题，本实用新型所采样的技术方案是：一种基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，包括控制DSP和采样DSP，所述控制DSP与PWM信号驱动电路、电压同步信号检测模块、故障信号综合处理电路连接，所述控制DSP和采样DSP双向连接，所述采样DSP与所述电压同步信号检测模块、A/D采样模块连接，所述A/D采样模块与所述电压同步信号检测模块、硬件保护电路连接；所述硬件保护电路与所述故障信号综合处理电路连接。
所述电压同步信号检测模块包括依次连接的电压互感器、过零比较器、鉴相器、低通滤波器、电平转换模块和函数发生器。
所述PWM信号驱动电路包括依次连接的电平转换器、肖特基二极管、施密特触发器。
所述硬件保护模块包括依次连接的双电压比较器、高速光耦、逻辑比较器、光电耦合电路。
所述A/D采样模块包括电流信号外部A/D采样电路和电压信号内部A/D采样电路；所述电流信号外部A/D采样电路包括依次连接的第一滤波电路、第一同比放大电路、单极性转双极性电路；所述电压信号内部A/D采样电路包括第二滤波电路、第二同比放大电路和模数转换芯片AD7656
所述故障信号综合处理电路包括依次连接的隔离模块、第一反相器、第一或与门、第二或与门；所述第二或与门和第三或与门、第二反相器连接，所述第三或与门输入端与锁存器连接；所述第二或与门经第三反相器与快速光耦芯片连接；所述快速光耦芯片接入控制DSP。
与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型采用双DSP核心控制系统，提高了控制系统计算与控制速度，提高了桥式逆变电路的控制精度；采用A/D采样模块，对控制精度要求高的信号利用AD7576进行外部采样，对控制精度要求低的信号利用DSP的AD采样口进行内部采样。该采样模块不仅保留自带内部采样通道，同时扩展了AD7576提供了外部A/D采样通道，能有效利用DSP资源，满足不同信号的采样要求，通用性更强；采用故障信号综合处理模块对直流侧过电压进行硬件保护，提高了桥式逆变电路的可靠性、安全性和应对故障的能力。
附图说明
图1是三相桥式逆变器的硬件框图；
图2是桥式逆变器控制电路板结构图；
图3是双DSP核心控制系统资源分配图；
图4是电网电压同步信号检测模块实现框图；
图5是电流信号外部A/D采样电路图；
图6是电压信号内部A/D采样电路图；
图7是PWM信号驱动模块电路图；
图8是硬件保护模块电路实现框图；
图9是故障综合处理模块电路实现框图。
具体实施方式
三相桥式逆变器的硬件图如图1所示，主要由电压电流传感器模块、A/D采样模块、电网电压同步信号检测模块、辅助供电电路模块、双DSP控制模块、驱动电路模块、主电路模块组成。桥式电路为三相三桥臂主电路结构模式，需要实时采样的变量一共有12个，分别是网侧电流 、、，负载侧电流、、，逆变器输出电流、、，电网电压、，直流侧电压。电网电压信号通过电网电压同步信号检测模块给控制系统提供基准信号，双DSP控制模块通过对采样的电流电压信号进行跟踪控制，产生对应的指令信号通过驱动电路模块控制IGBT模块的通断，使桥式逆变电路输出相应的电流，达到治理谐波，补偿无功等目的。
参见附图2和附图3，整个系统以双DSP控制器为核心，结合外围功能电流实现对桥式逆变器的控制。下面按功能模块介绍各部分原理：
1.双DSP间通信模块
如图3所示，双DSP核心控制系统由采样DSP和控制DSP组成，采样DSP承担各种电压电流变量的采集、谐波和无功电流的计算和与上位机通信的功能，控制DSP作为整个桥式逆变器的主控芯片，控制桥式逆变器主电路的开关管开通和关断，以产生相应的谐波补偿电流同时具备保护主电路和驱动电路的能力。两块DSP均采用TI公司的TMS320F28335芯片，两块DSP利用SPI串行通信接口实现了采样DSP与控制DSP之间的高速串行通信。SPI接口有主和从两种操作模式，其中采样DSP为主模式DSP,控制DSP为从模式DSP。主机发送与从机接收相连，主机的接收与从机发送相连。当采样DSP的引脚被拉低时，SPI通信使能。采样DSP的SPI为整个网络提供串行时钟SPICLK,并通过写入SPIDAT寄存器的数据启动SPICLK信号从而启动数据传送。采样DSP通过SPISIMO与控制DSP的SPISIMO在SPICLK的时钟信号下，向控制DSP传送数据；控制DSP通过SPISOMI与采样DSP的SPISOMI相连，将部分控制信号传递给采样DSP。SPI通信接口能实现两片DSP的高速全双工通信。
2.电网电压同步信号检测模块
如图4所示，电网电压同步信号检测模块采用锁相环锁相获得。此电路对电网电压进行取样，经过正弦波/方波转换（过零比较器）、鉴相器、低通滤波器、电平转换和正弦波发生器产生于电网电压同频同相的标准正余弦信号，送入DSP作为基准信号。其基本原理是利用电压互感器对电网电压进行取样，然后通过过零比较器LM393，得到一个与电网电压同步的方波信号，作为鉴相器CD4046的一个输入，鉴相器、低通滤波器和函数发生器ICL8038组成一个锁相环电路。当环路锁定时，输出正弦波与电网电压同步。由于三相三线制配电系统中，没有中线的存在，不能直接获得A相电压相位，本实用新型首先捕获线电压，然后利用线电压和相电压关系得到A相电压的相位同步信号。
3.AD采样模块
本实用新型的AD采样模块包括了内部AD采样和外部AD采样两种采样模式。对于采样精度要求高的电流信号，本实用新型采用外部AD采样方式。如图5所示，电流信号通过霍尔电流传感器，经过采样电阻和同相比例放大器送入AD7656模数转换芯片中，AD7656能同时对6路采样信号进行转换，送入DSP。由于DSP28335自带16个采样精度12位的采样通道口，本实用新型采用内部AD采样方式对电压信号进行采样，为了便于交流信号的采样，如图6所示对内部AD采样口进行了扩展，增加了双极性转单极性的调理电路。采用基准电压芯片REF193产生3V的基准电压，通过匹配电阻叠加基准电压，将电压信号的输出转为0～3V范围内，送入DSP内部AD采样口。
4.PWM信号驱动模块
驱动电路是弱电联系强电的中介，IGBT的驱动信号必须留有一定的死区时间，防止上下桥臂直通造成的短路。本实用新型采用英飞凌公司的2SP0115T给半桥模块提供驱动。DSP控制器输出的3.3V脉冲信号易受到干扰，如图7所示，PWM驱动模块采用电平转换器MC14504B，将PWM信号发至15V,同时采用肖特基二极管将其钳位在0-15V间，最后经施密特触发器增加PWM信号的驱动能力。
5.硬件保护与故障综合处理模块
当直流侧电容或交流侧出现电流或过压情况时会对直流侧电容和IGBT甚至电路中其它的元器件造成损害，为保证装置安全运行，本实用新型设计了硬件保护电路。硬件保护电路如附图8所示，将实时检测的直流侧电压信号和交流侧电流信号分别送入比较器与所设定的安全限值比较，当检测信号大于安全限值时，逻辑比较器输出高电平，通过光隔4504送入后级逻辑电路，经光耦TIL113驱动继电保护装置动作，达到保护的目的。
如图9所示，故障综合处理电路主要功能包括接收开关器件IGBT模块发出的六路SO故障并进行锁存，接收硬件保护电路发送过来的直流侧过压保护信号以及DSP产生的软件保护信号PWMLOCK信号和FAULT信号。当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IGBT脉冲封锁信号并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。

Claims (6)

1.一种基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，其特征在于，包括控制DSP和采样DSP，所述控制DSP与PWM信号驱动电路、电压同步信号检测模块、故障信号综合处理电路连接，所述控制DSP和采样DSP双向连接，所述采样DSP与所述电压同步信号检测模块、A/D采样模块连接，所述A/D采样模块与所述电压同步信号检测模块、硬件保护电路连接；所述硬件保护电路与所述故障信号综合处理电路连接。
2. 根据权利要求1所述的基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，其特征在于，所述电压同步信号检测模块包括依次连接的电压互感器、过零比较器、鉴相器、低通滤波器、电平转换模块和函数发生器。
3.根据权利要求1所述的基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，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、肖特基二极管、施密特触发器。
4.根据权利要求1所述的基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，其特征在于，所述硬件保护模块包括依次连接的双电压比较器、高速光耦、逻辑比较器、光电耦合电路。
5.根据权利要求1所述的基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，其特征在于，所述A/D采样模块包括电流信号外部A/D采样电路和电压信号内部A/D采样电路；所述电流信号外部A/D采样电路包括依次连接的第一滤波电路、第一同比放大电路、单极性转双极性电路；所述电压信号内部A/D采样电路包括第二滤波电路、第二同比放大电路和模数转换芯片AD7656。
6.根据权利要求1所述的基于双DSP的通用型桥式逆变器控制电路板，其特征在于，所述故障信号综合处理电路包括依次连接的隔离模块、第一反相器、第一或与门、第二或与门；所述第二或与门和第三或与门、第二反相器连接，所述第三或与门输入端与锁存器连接；所述第二或与门经第三反相器与快速光耦芯片连接；所述快速光耦芯片接入控制DSP。
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