CN209497389U - 双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统。包括双核DSP单元、具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元、人机交互电路；具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元实现电网交流电源转换为直流电源输出，通过功率解耦电路吸收双Boost无桥PFC变换器的二次纹波功率，减小输出电压的二次纹波，提高变换器的可靠性。本实用新型的双核DSP并行控制系统并行执行系统任务，提高了系统的效率和可扩展性。
Description
技术领域
本实用新型属于电源数字化控制领域，涉及多核DSP的并行控制、PFC变换器系统，具体是一种双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统。
背景技术
随着直流微电网技术的发展，PFC变换器作为连接主电网和直流微电网的变换器成为了研究热点，而PFC变换器的输出直流电压存在二次纹波，会影响到直流微电网的稳定运行，功率解耦技术可以有效地吸收纹波功率，提高PFC变换器的可靠性，得到了广泛的研究。目前大部分数字控制系统都采用单核DSP作为处理器，但为了提高系统的控制频率，执行更复杂的控制算法，单核DSP难以满足需求。多核DSP并行控制系统可以实现并行控制，提高系统效率，是目前电力电子数字控制的一个发展方向。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，提高了系统的效率及可靠性。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，包括双核DSP单元、具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元、人机交互电路；所述双核DSP单元包括第一处理器CPU1、第一控制律加速器CLA1、第二处理器CPU2、第二控制律加速器CLA2、第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路、第一输入电压采样电路、第一输入电流采样电路、第一OLED显示屏、第一蓝牙模块、第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路；所述第一处理器CPU1分别与第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路、第一控制律加速器CLA1、第二处理器CPU2相连，所述第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路还与所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元连接；所述第二处理器CPU2分别与第一输入电压采样电路、第一输入电流采样电路、第二控制律加速器CLA2相连；所述第一控制律加速器CLA1分别与第一OLED显示屏、第一蓝牙模块相连，所述第一OLED显示屏、第一蓝牙模块还与所述人机交互电路连接；所述第二控制律加速器CLA2还分别经第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路与所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元连接。
在本实用新型一实施例中，所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元包括与所述第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路连接的第一双Boost无桥PFC变换器，以及与所述第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路连接的第一升压型功率解耦电路。
在本实用新型一实施例中，所述第一双Boost无桥PFC变换器包括第一电网交流源u ac 、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第一负载R；所述升压型功率解耦电路包括第三电感L3、第二电容C2、第三开关管S3、第四开关管S4；所述第一电感L1的一端接第一电网交流源u ac 的一端、第三二极管D3的阴极，第一电感L1的另一端接第一开关管S1的一端、第一二极管D1的阳极；所述第二电感L2的一端接第一交流源u ac 的另一端、第四二极管D4的阴极，第二电感L2的另一端接第二开关管S2的一端、第二二极管D2的阳极；所述第一二极管D1的阴极接第二二极管D2的阴极、第三电感L3的一端、第一电容C1的一端、第一负载R的一端；所述第三电感L3的另一端接第三开关管S3的一端、第四开关管S4的一端；所述第四开关管S4的另一端接第二电容C2的一端；所述第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极、第一开关管S1的另一端、第二开关管S2的另一端、第三开关管S3的另一端、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第一负载R的另一端共地。
在本实用新型一实施例中，所述双核DSP单元采用TMS320F28377D。
在本实用新型一实施例中，所述第一输出电压采样电路、第一输入电压采样电路、第一电容电压采样电路均为AMC1200电压采样电路。
在本实用新型一实施例中，所述第一输入电流采样电路、第一电感电流采样电路均为霍尔电流传感器采样电路。
在本实用新型一实施例中，所述第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路均为A3120光耦隔离驱动电路。
在本实用新型一实施例中，所述第一双Boost无桥PFC变换器由第一处理器CPU1控制，第一电网交流电源由第二处理器CPU2采样，人机交互电路由第一控制律加速器CLA1控制，第一升压型功率解耦电路由第二控制律加速器CLA2控制。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型根据变换器的工作特点，按照任务并行的思想设计了双核DSP设计并行控制系统，提高了系统的效率，通过在PFC变换器加入功率解耦电路的方式减小了变换器输出电压的二次纹波，提高了变换器的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元电路原理图。
图2为本实用新型的双核DSP并行控制系统的结构示意图。
图3为实施例中未加功率解耦电路时的输出电压波形。
图4为实施例中加入功率解耦电路时的输出电压波形。
图5为实施例中功率解耦电路的电容电压波形。
图6为实施例中加入功率解耦电路时的输入电压和输入电流波形。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
本实用新型提供了一种双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，包括双核DSP单元、具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元、人机交互电路；所述双核DSP单元包括第一处理器CPU1、第一控制律加速器CLA1、第二处理器CPU2、第二控制律加速器CLA2、第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路、第一输入电压采样电路、第一输入电流采样电路、第一OLED显示屏、第一蓝牙模块、第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路；所述第一处理器CPU1分别与第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路、第一控制律加速器CLA1、第二处理器CPU2相连，所述第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路还与所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元连接；所述第二处理器CPU2分别与第一输入电压采样电路、第一输入电流采样电路、第二控制律加速器CLA2相连；所述第一控制律加速器CLA1分别与第一OLED显示屏、第一蓝牙模块相连，所述第一OLED显示屏、第一蓝牙模块还与所述人机交互电路连接；所述第二控制律加速器CLA2还分别经第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路与所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元连接。
如图1所示，在本实施例中，所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元包括与所述第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路连接的第一双Boost无桥PFC变换器，以及与所述第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路连接的第一升压型功率解耦电路。所述第一双Boost无桥PFC变换器包括第一电网交流源u ac 、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第一负载R；所述升压型功率解耦电路包括第三电感L3、第二电容C2、第三开关管S3、第四开关管S4；所述第一电感L1的一端接第一电网交流源u ac 的一端、第三二极管D3的阴极，第一电感L1的另一端接第一开关管S1的一端、第一二极管D1的阳极；所述第二电感L2的一端接第一交流源u ac 的另一端、第四二极管D4的阴极，第二电感L2的另一端接第二开关管S2的一端、第二二极管D2的阳极；所述第一二极管D1的阴极接第二二极管D2的阴极、第三电感L3的一端、第一电容C1的一端、第一负载R的一端；所述第三电感L3的另一端接第三开关管S3的一端、第四开关管S4的一端；所述第四开关管S4的另一端接第二电容C2的一端；所述第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极、第一开关管S1的另一端、第二开关管S2的另一端、第三开关管S3的另一端、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第一负载R的另一端共地。
在本实施例中，所述双核DSP单元采用TMS320F28377D。
在本实施例中，所述第一输出电压采样电路、第一输入电压采样电路、第一电容电压采样电路均为AMC1200电压采样电路。
在本实施例中，所述第一输入电流采样电路、第一电感电流采样电路均为霍尔电流传感器采样电路。
在本实施例中，所述第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路均为A3120光耦隔离驱动电路。
在本实施例中，所述第一双Boost无桥PFC变换器由第一处理器CPU1控制，第一电网交流电源由第二处理器CPU2采样，人机交互电路由第一控制律加速器CLA1控制，第一升压型功率解耦电路由第二控制律加速器CLA2控制。
以下为本实用新型的具体实施实例。
一种具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统的结构示意图参见图2。CLA1利用ADC模块通过输入电压采样电路和输入电流采样电路对电网交流电源进行采样，并执行PLL锁相环程序得到电网当前相位角，通过纹波电流计算程序获取当前的纹波电流值。CPU1利用ADC模块通过输出电压采样电路对双Boost无桥PFC变换器的输出电压进行采样，通过IPC通讯模块获取CLA1采样的输入电流值及当前相位角，执行PFC双闭环控制程序，并利用PWM模块通过MOS管驱动电路对PFC变换器的开关管S1、S2进行控制。CLA2利用ADC模块通过电容电压采样电路和电感电流采样电路对功率解耦电路的电容C2的电压和电感L3的电流进行采样，通过RAM获取CLA1计算的纹波电流值，执行功率解耦双闭环控制程序，并利用PWM模块通过MOS管驱动电路对功率解耦电路的开关管S3、S4进行控制。CLA1则利用SPI模块和SCI模块通过OLED显示屏和蓝牙模块实现人机交互功能。
本实施例对具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换器进行了电路仿真测试，仿真结果如下：
未加入功率解耦电路时，双Boost无桥PFC变换器的输出电压波形参见图3，此时电压纹波大小为82V。加入功率解耦电路后，双Boost无桥PFC变换器的输出电压波形参见图4，此时电压纹波大小减小为19V，功率解耦电路的使用使得输出电压纹波电压大大减小，提高了变换器的可靠性。
功率解耦电路的电容电压波形参见图5，电容平均电压保持在600V，并有182V的二次电压纹波，可见电网内在的纹波功率从变换器主电路转移到了功率解耦电路中，由于电容平均电压保持恒定，功率解耦电路的工作并没有损耗系统的功率。
加入功率解耦电路后，输入电压和输入电流的波形参见图6，可见变换器仍具有较高的PF值，输入电流THD低，波形质量好，功率解耦电路的使用并没有影响到主电路的PFC双闭环控制。
以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，包括双核DSP单元、具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元、人机交互电路；所述双核DSP单元包括第一处理器CPU1、第一控制律加速器CLA1、第二处理器CPU2、第二控制律加速器CLA2、第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路、第一输入电压采样电路、第一输入电流采样电路、第一OLED显示屏、第一蓝牙模块、第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路；所述第一处理器CPU1分别与第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路、第一控制律加速器CLA1、第二处理器CPU2相连，所述第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路还与所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元连接；所述第二处理器CPU2分别与第一输入电压采样电路、第一输入电流采样电路、第二控制律加速器CLA2相连；所述第一控制律加速器CLA1分别与第一OLED显示屏、第一蓝牙模块相连，所述第一OLED显示屏、第一蓝牙模块还与所述人机交互电路连接；所述第二控制律加速器CLA2还分别经第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路与所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元连接。
2.根据权利要求1所述的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，所述具有功率解耦功能的双Boost无桥PFC变换单元包括与所述第一MOS管驱动电路、第一输出电压采样电路连接的第一双Boost无桥PFC变换器，以及与所述第一电容电压采样电路、第一电感电流采样电路、第二MOS管驱动电路连接的第一升压型功率解耦电路。
3.根据权利要求2所述的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，所述第一双Boost无桥PFC变换器包括第一电网交流源u ac 、第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第一负载R；所述升压型功率解耦电路包括第三电感L3、第二电容C2、第三开关管S3、第四开关管S4；所述第一电感L1的一端接第一电网交流源u ac 的一端、第三二极管D3的阴极，第一电感L1的另一端接第一开关管S1的一端、第一二极管D1的阳极；所述第二电感L2的一端接第一交流源u ac 的另一端、第四二极管D4的阴极，第二电感L2的另一端接第二开关管S2的一端、第二二极管D2的阳极；所述第一二极管D1的阴极接第二二极管D2的阴极、第三电感L3的一端、第一电容C1的一端、第一负载R的一端；所述第三电感L3的另一端接第三开关管S3的一端、第四开关管S4的一端；所述第四开关管S4的另一端接第二电容C2的一端；所述第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极、第一开关管S1的另一端、第二开关管S2的另一端、第三开关管S3的另一端、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第一负载R的另一端共地。
4.根据权利要求1所述的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，所述双核DSP单元采用TMS320F28377D。
5.根据权利要求1所述的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，所述第一输出电压采样电路、第一输入电压采样电路、第一电容电压采样电路均为AMC1200电压采样电路。
6.根据权利要求1所述的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，所述第一输入电流采样电路、第一电感电流采样电路均为霍尔电流传感器采样电路。
7.根据权利要求1所述的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，所述第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路均为A3120光耦隔离驱动电路。
8.根据权利要求2所述的双Boost无桥PFC变换器的双核DSP并行控制系统，其特征在于，所述第一双Boost无桥PFC变换器由第一处理器CPU1控制，第一电网交流电源由第二处理器CPU2采样，人机交互电路由第一控制律加速器CLA1控制，第一升压型功率解耦电路由第二控制律加速器CLA2控制。
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| CN110933815A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-03-27 | 哈尔滨理工大学 | Led驱动电源及其数字控制方法 |
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