CN204089629U - 一种基于dsp控制的三相逆变器电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于DSP控制的三相逆变器电源，包括3个相互独立的单相逆变器模块，以及分别与3个单相逆变器模块相连的DSP控制模块和工频升压变压器，其中，所述DSP控制模块包括DSP控制芯片、直流电压检测电路、IGBT交流电流检测电路、交流电压检测电路、隔离驱动及保护电路、声光报警电路和RS485通信电路，直流输入电压输入到单相逆变器模块的IGBT全桥逆变电路，由DSP控制芯片输出的SPWM信号驱动全桥逆变，将直流电逆变成交流电，交流电再经过工频升压变压器变换成工频交流输出。采用上述结构的三相逆变器电源具有效率高，稳定性好，可扩展性强等特点。

Description

一种基于DSP控制的三相逆变器电源

技术领域

本实用新型涉及一种三相离网逆变器电源，特别是涉及一种基于DSP控制的三相逆变器电源，属于新能源发电系统控制技术领域。

背景技术

太阳能光伏发电是包括我国在内的多国政府支持的长期能源战略的重要内容，并且已经得到了广泛的应用，而逆变器是整个太阳能光伏发电系统中的重要组成部分。逆变器按输出端相数分类，可以分成单相逆变器和三相逆变器。单相逆变器按结构又可分为半桥逆变器和全桥逆变器。三相逆变器又可分为三相三线制逆变器和三相四线制逆变器。实际应用时，根据不同的场合选择单相逆变器或三相逆变器。

常规的三相逆变电源在三相负载平衡时，可以获得比较好的输出特性。然而在不平衡负载条件下，由于电源的相与相之间在电路和磁路上都存在着较强的耦合关系，以及逆变器输出阻抗和滤波阻抗不能为零。这就影响到三相电源输出的对称性，负载的不平衡度越严重影响就越大。当不同的单、三相负载由同一台三相电源供电时，这种问题就更加突出。相位的不对称随之也引起线电压的不对称，从而可能对负载造成不良后果，以致使一些较敏感的设备不能正常工作。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种基于DSP控制的三相逆变器电源，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于DSP控制的三相逆变器电源，具有完善的过欠压、过载、短路、过温保护及报警功能，整个电源效率高，稳定性好，可扩展性强。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种基于DSP控制的三相逆变器电源，包括3个相互独立的单相逆变器模块，以及分别与3个单相逆变器模块相连的DSP控制模块和工频升压变压器，其中，所述DSP控制模块包括DSP控制芯片，与DSP控制芯片输入端相连的直流电压检测电路、IGBT交流电流检测电路、交流电压检测电路，与DSP控制芯片输出端相连的隔离驱动及保护电路、声光报警电路，所述DSP控制模块进一步包括一RS485通信电路，用于DSP控制芯片与上位机通信，直流输入电压输入到单相逆变器模块的IGBT全桥逆变电路，由DSP控制芯片输出的SPWM信号驱动全桥逆变，将直流电逆变成交流电，交流电再经过工频升压变压器变换成工频交流输出。

作为优选，上述DSP控制芯片采用型号为DSPIC33的DSP芯片。

作为优选，上述直流电压检测电路包括数个相互串联的采样电阻，以及与采样电阻相连的运算放大器，直流电压检测电路主要用于检测直流输入电压，在直流输入电压过压或欠压时启动保护动作。

作为优选，上述IGBT交流电流检测电路包括依次相连的霍尔电流传感器、采样电阻和运算放大器，IGBT交流电流检测电路主要用于检测经过单相逆变器模块IGBT全桥逆变电路后的交流电流，根据检测的电流值进行电流环控制。

作为优选，上述交流电压检测电路包括交流电压互感器，以及与交流电压互感器相连的运算放大器，交流电压检测电路主要用于检测经过工频升压变压器升压后的电压，根据检测的电压值进行电压环控制。

作为优选，隔离驱动及保护电路包括4个分别驱动保护各个IGBT全桥逆变电路的IGBT的分电路，每个分电路均包括光耦，以及与光耦相连的三极管和二极管，DSP控制芯片输出的SPWM信号经光耦隔离驱动，再经过两个三极管组成的图腾柱和两个二极管组成的钳位保护电路，输出的SPWM信号经过隔离并增加驱动能力后，输入到IGBT的栅级。

作为优选，RS485通信电路包括RS485通信芯片，以及与RS485通信芯片相连的发光二极管，DSP控制芯片的通用异步收发器与RS485通信芯片的发送和接收端口相连接，按照一定的波特率和通信协议，DSP控制模块就可以与上位机进行通信。

作为优选，上述声光报警电路包括蜂鸣器和发光二极管，通过两者结合，实现声光报警功能。

上述基于DSP控制的三相逆变器电源的工作原理：本实用新型所述的每个单相逆变器模块均独立供电，独立控制，可以单独运作在一个单相逆变器电源中，也可以三个模块一起工作在三相逆变器电源中。DSP控制模块由单相逆变器模块供电，每个单相逆变器模块都可以对DSP控制模块供电，以保障作为单相逆变器电源时DSP可以正常工作。DSP控制芯片输出12路SPWM驱动信号，经过光耦隔离，驱动每个单相逆变器模块的全桥逆变部分，经过IGBT全桥逆变后的三个单相逆变器模块交流电再经过一个三相工频变压器耦合升压，得到最终的三相工频输出电压。DSP控制芯片输出的SPWM波形采用双极性，双极性的SPWM波使得输出谐波次数高，这样便于LC滤波参数的设计，同时降低了L 的容量。同时DSP控制芯片通过直流电压检测电路、IGBT交流电流检测电路、交流电压检测电路，将需要监测的电压、电流、温度等模拟信号采集到DSP控制芯片的A/D端口，经DSP控制芯片内部处理换算，如果被监测值异常，则调整SPWM输出信号，同时触发蜂鸣器报警和/或发光二极管显示。

上述基于DSP控制的三相逆变器电源结构简单，使用方便灵活，可以选择三相或单相应用，成本低廉，DSP控制模块系统采用电压、电流双环控制，用电流内环快速、及时的抗扰动性能来改善输出波形，同时利用电流内环对被控对象的改造，可以大大简化电压外环的设计，输出电压采用重复控制算法来消除死区效应和非线性负载等周期性振动的影响，改善输出电压的波形质量，具有完善的过欠压、过载、短路、过温保护及报警功能，整个电源效率高，稳定性好，可扩展性强。

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的三相逆变器电源结构示意图；

图2为本实施例的DSP控制模块框图；

图3为本实施例的DSP控制芯片电路原理图；

图4为本实施例的直流电压检测电路原理图；

图5为本实施例的IGBT交流电流检测电路原理图；

图6为本实施例的交流电压检测电路原理图；

图7为本实施例的隔离驱动及保护电路原理图；

图8为本实施例的声光报警电路原理图；

图9为本实施例的RS485通信电路原理图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种基于DSP控制的三相逆变器电源，包括3个相互独立的单相逆变器模块1，以及分别与3个单相逆变器模块1相连的DSP控制模块2和工频升压变压器3，其中，所述DSP控制模块2包括DSP控制芯片21，与DSP控制芯片21输入端相连的直流电压检测电路22、IGBT交流电流检测电路23、交流电压检测电路24，与DSP控制芯片21输出端相连的隔离驱动及保护电路25、声光报警电路26，所述DSP控制模块2进一步包括一RS485通信电路27，用于DSP控制芯片21与上位机通信，直流输入电压输入到单相逆变器模块1的IGBT全桥逆变电路，由DSP控制芯片21输出的SPWM信号驱动全桥逆变，将直流电逆变成交流电，交流电再经过工频升压变压器3变换成工频交流输出。上述基于DSP控制的三相逆变器电源结构简单，使用方便灵活，可以选择三相或单相应用，成本低廉，DSP控制模块2采用电压、电流双环控制，用电流内环快速、及时的抗扰动性能来改善输出波形，同时利用电流内环对被控对象的改造，可以大大简化电压外环的设计，输出电压采用重复控制算法来消除死区效应和非线性负载等周期性振动的影响，改善输出电压的波形质量，具有完善的过欠压、过载、短路、过温保护及报警功能，整个电源效率高，稳定性好，可扩展性强。

如图3所示，在本实施例中，所述DSP控制芯片采用型号为DSPIC33的DSP芯片。

如图4所示，所述直流电压检测电路22包括数个相互串联的采样电阻R60~R64，以及与采用电阻相连的运算放大器U7A，直流电压检测电路22主要用于检测直流输入电压，在直流输入电压过压或欠压时启动保护动作。

如图5所示，上述IGBT交流电流检测电路23包括依次相连的霍尔电流传感器CS1、采样电阻R69和运算放大器A3A、A3B等，IGBT交流电流检测电路23主要用于检测经过单相逆变器模块1IGBT全桥逆变电路后的交流电流，根据检测的电流值进行电流环控制。

如图6所示，上述交流电压检测电路24包括交流电压互感器TV1，以及与交流电压互感器TV1相连的运算放大器A1A，交流电压检测电路24主要用于检测经过工频升压变压器3升压后的电压，根据检测的电压值进行电压环控制。

如图7所示，上述隔离驱动及保护电路25包括4个分别驱动保护各个IGBT全桥逆变电路的IGBT的分电路，每个分电路均包括TLP250光耦，以及与光耦相连的三极管和二极管，以其中一个分电路进行具体说明，DSP控制芯片21输出的SPWM信号经光耦U2隔离驱动，再经过两个三极管Q1、Q5组成的图腾柱和两个二极管D9、D11组成的钳位保护电路，此时输出的SPWM信号已经经过隔离并加大了驱动能力，最后输入到IGBT的栅级。

如图8所示，所述声光报警电路26包括蜂鸣器B1和发光二极管LED3、LED4，通过两者结合，实现声光报警功能。

如图9所示，RS485通信电路27包括型号为MAX3485的RS485通信芯片U1，以及与RS485通信芯片U1相连的发光二极管LED1，DSP控制芯片21的通用异步收发器（UART）与RS485通信芯片U1的发送和接收端口相连接，按照一定的波特率和通信协议，DSP控制模块21就可以与上位机进行通信。

上述基于DSP控制的三相逆变器电源的工作原理：本实施例所述的每个单相逆变器模块1均独立供电，独立控制，可以单独运作在一个单相逆变器电源中，也可以三个模块一起工作在三相逆变器电源中。DSP控制模块21由单相逆变器模块1供电，每个单相逆变器模块1都可以对DSP控制模块供电，以保障作为单相逆变器电源时DSP可以正常工作。DSP控制芯片21输出12路SPWM驱动信号，经过光耦隔离，驱动每个单相逆变器模块1的全桥逆变部分，经过IGBT全桥逆变后的三个单相逆变器模块1交流电再经过一个三相工频变压器3耦合升压，得到最终的三相工频输出电压。DSP控制芯片21输出的SPWM波形采用双极性，双极性的SPWM波使得输出谐波次数高，这样便于LC滤波参数的设计，同时降低了L 的容量。同时DSP控制芯片21通过直流电压检测电路、IGBT交流电流检测电路、交流电压检测电路，将需要监测的电压、电流、温度等模拟信号采集到DSP控制芯片21的A/D端口，经DSP控制芯片21内部处理换算，如果被监测值异常，则调整SPWM输出信号，同时触发蜂鸣器报警和/或发光二极管显示。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (8)

1.一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：包括3个相互独立的单相逆变器模块，以及分别与3个单相逆变器模块相连的DSP控制模块和工频升压变压器，其中，所述DSP控制模块包括DSP控制芯片，与DSP控制芯片输入端相连的直流电压检测电路、IGBT交流电流检测电路、交流电压检测电路，与DSP控制芯片输出端相连的隔离驱动及保护电路、声光报警电路，所述DSP控制模块进一步包括一RS485通信电路，用于DSP控制芯片与上位机通信，直流输入电压输入到单相逆变器模块的IGBT全桥逆变电路，由DSP控制芯片输出的SPWM信号驱动全桥逆变，将直流电逆变成交流电，交流电再经过工频升压变压器变换成工频交流输出。

2.如权利要求1所述的一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：所述DSP控制芯片采用型号为DSPIC33的DSP芯片。

3.如权利要求1所述的一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：所述直流电压检测电路包括数个相互串联的采样电阻，以及与采样电阻相连的运算放大器。

4.如权利要求1所述的一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：所述IGBT交流电流检测电路包括依次相连的霍尔电流传感器、采样电阻和运算放大器。

5.如权利要求1所述的一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：所述交流电压检测电路包括交流电压互感器，以及与交流电压互感器相连的运算放大器。

6.如权利要求1所述的一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：所述隔离驱动及保护电路包括4个分别驱动保护各个IGBT全桥逆变电路的IGBT的分电路，每个分电路均包括光耦，以及与光耦相连的三极管和二极管，DSP控制芯片输出的SPWM信号经光耦隔离驱动，再经过两个三极管组成的图腾柱和两个二极管组成的钳位保护电路，输出的SPWM信号经过隔离并增加驱动能力后，输入到IGBT的栅级。

7.如权利要求1所述的一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：所述RS485通信电路包括RS485通信芯片，以及与RS485通信芯片相连的发光二极管，DSP控制芯片的通用异步收发器与RS485通信芯片的发送和接收端口相连接。

8.如权利要求1所述的一种基于DSP控制的三相逆变器电源，其特征在于：所述声光报警电路包括蜂鸣器和发光二极管。