CN216751716U - 一种基于单片机的新型数字化锁相装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单片机的新型数字化锁相装置，包括单片机、交流电压采样电路、PWM波驱动电路和逆变器，所述交流电压采样电路的输出端与所述单片机的输入端电性连接，所述单片机的输出端与所述PWM波驱动电路的输入端电性连接，所述PWM波驱动电路的输出端与所述逆变器的输入端电性连接。本实用新型基于型号为TMS320F28335的单片机实现的数字化锁相装置，为UPS的跟踪锁相环节，提供了一种简洁高效地新的选择，锁相结果精准一致，有效提高了UPS系统性能，保证了实时跟踪旁路以及断电切换时的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，具体为一种基于单片机的新型数字化锁相装置。
背景技术
UPS，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件、稳压稳频输出的电源保护设备。主要用于单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变器转换为220V交流电，以使负载维持正常工作，并保护负载软硬件不受损坏。
传统的UPS大多使用模拟电路控制，其电路结构复杂，设计难度大，且电气性能不够理想；而一些数字化实现的锁相方法也存在一些锁相控制跟踪效果差，锁相速度慢，软件繁琐冗余等弱势；锁相环节进行的不理想，会直接影响到UPS系统的工作性能，也会对UPS自身造成损伤以及损坏的风险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于单片机的新型数字化锁相装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于单片机的新型数字化锁相装置，包括单片机、交流电压采样电路、PWM波驱动电路和逆变器，所述交流电压采样电路的输出端与所述单片机的输入端电性连接，所述单片机的输出端与所述PWM波驱动电路的输入端电性连接，所述PWM波驱动电路的输出端与所述逆变器的输入端电性连接。
进一步的，所述单片机的型号为TMS320F28335，所述交流电压采样电路与所述单片机的AD采样口串联，所述PWM波驱动电路通过CPU_SYNC引脚与所述单片机串联，此TMS320F28335单片机精度高、成本低、功耗小、性能高、外设集成度高、数据以及程序存储量大、A/D转换更精确快速。
进一步的，所述交流电压采样电路包括A相采样电路、B相采样电路和C相采样电路，所述A相采样电路、所述B相采样电路和所述C相采样电路所采用的电子元器件以及各个电子元器件之间的连接方式均相同，达到对旁路三相电压进行采样的目的。
进一步的，所述A相采样电路包括放大器U3A，所述放大器U3A的输出端串联有电阻R15，所述电阻R15并联有电阻R23，所述电阻R23并联有电容Cj1，所述电容Cj1与AD BYPVOLT_A引脚串联，所述电阻R15并联有稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的2引脚串联3.3V电压，所述稳压二极管D1的1引脚接地，所述放大器U3A的同相输入端串联有电阻R14，所述电阻R14串联有电阻R13，所述电阻R13串联有电阻R12，所述电阻R12串联有电阻R11，所述电阻R11串联有电阻R10，所述电阻R10串联有电阻R9，所述电阻R9串联有电阻R8，所述电阻R8串联有引脚V BYP A引脚，所述电阻R14并联有电阻R7，所述电阻R7并联有电容C4，所述电阻R7串联有VREF_1.5V引脚。
进一步的，所述放大器U3A的反相输入端串联有电阻R22，所述电阻R22串联有电阻R21，所述电阻R21串联有电阻R20，所述电阻R20串联有电阻R19，所述电阻R19串联有电阻R18，所述电阻R18串联有电阻R17，所述电阻R17串联有电阻R16，所述电阻R16串联有N引脚，所述电阻R22并联有电阻R24，所述电阻R24并联有电容C7，所述放大器U3A的同相输入端并联有电容C5，所述电容C5串联+15V电压，所述放大器U3A的反相输入端并联有电容C6，所述电容C6串联-15电压，所述电容C6与所述电容C5均接地。
进一步的，所述PWM波驱动电路包括三极管Q1和三极管Q2，所述三极管Q1与所述三极管Q2并联，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2并联有电容C6，所述电容C6并联有电阻R70，所述电阻R70并联有电阻R66，所述电阻R66并联有电阻R62，所述电阻R66串联有与非门U6C，所述与非门U6C的8引脚串联有电阻R60，所述与非门U6C的9引脚串联有电阻R68，所述电阻R68并联有电阻R61，所述电阻R60与所述电阻R61并联，所述电阻R61串联VCC15+引脚，所述电阻R68串联有电阻R65和三极管Q3，所述三极管Q3与所述电阻R65并联，所述电阻R65并联有电阻R64，所述三极管Q3串联有电阻R69，所述电阻R69并联有电阻R67，所述电阻R67与CPU SYNC引脚串联，可使输出的PWM基准波与旁路A相电压同相位同频率。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：
1、本实用新型基于型号为TMS320F28335的单片机实现的数字化锁相装置，为UPS的跟踪锁相环节，提供了一种简洁高效地新的选择，锁相结果精准一致，有效提高了UPS系统性能，保证了实时跟踪旁路以及断电切换时的安全性和可靠性。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型整体的电路连接示意图；
图2是本实用新型交流电压采样电路的部分电路图；
图3是本实用新型PWM波驱动电路的部分电路图；
图4是本实用新型工作时的实测图；
图中：1、单片机；2、交流电压采样电路；3、PWM波驱动电路；4、逆变器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-图4，本实用新型提供技术方案：一种基于单片机1的新型数字化锁相装置，包括单片机1、交流电压采样电路2、PWM波驱动电路3和逆变器4，所述交流电压采样电路2的输出端与所述单片机1的输入端电性连接，所述单片机1的输出端与所述PWM波驱动电路3的输入端电性连接，所述PWM波驱动电路3的输出端与所述逆变器4的输入端电性连接，所述单片机1的型号为TMS320F28335，所述交流电压采样电路2与所述单片机1的AD采样口串联，所述PWM波驱动电路3通过CPU_SYNC引脚与所述单片机1串联，所述交流电压采样电路2包括A相采样电路、B相采样电路和C相采样电路，所述A相采样电路、所述B相采样电路和所述C相采样电路所采用的电子元器件以及各个电子元器件之间的连接方式均相同，所述A相采样电路包括放大器U3A，所述放大器U3A的输出端串联有电阻R15，所述电阻R15并联有电阻R23，所述电阻R23并联有电容Cj1，所述电容Cj1与AD BYP VOLT_A引脚串联，所述电阻R15并联有稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的2引脚串联3.3V电压，所述稳压二极管D1的1引脚接地，所述放大器U3A的同相输入端串联有电阻R14，所述电阻R14串联有电阻R13，所述电阻R13串联有电阻R12，所述电阻R12串联有电阻R11，所述电阻R11串联有电阻R10，所述电阻R10串联有电阻R9，所述电阻R9串联有电阻R8，所述电阻R8串联有引脚V BYP A引脚，所述电阻R14并联有电阻R7，所述电阻R7并联有电容C4，所述电阻R7串联有VREF_1.5V引脚，所述放大器U3A的反相输入端串联有电阻R22，所述电阻R22串联有电阻R21，所述电阻R21串联有电阻R20，所述电阻R20串联有电阻R19，所述电阻R19串联有电阻R18，所述电阻R18串联有电阻R17，所述电阻R17串联有电阻R16，所述电阻R16串联有N引脚，所述电阻R22并联有电阻R24，所述电阻R24并联有电容C7，所述放大器U3A的同相输入端并联有电容C5，所述电容C5串联+15V电压，所述放大器U3A的反相输入端并联有电容C6，所述电容C6串联-15电压，所述电容C6与所述电容C5均接地，所述PWM波驱动电路3包括三极管Q1和三极管Q2，所述三极管Q1与所述三极管Q2并联，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2并联有电容C6，所述电容C6并联有电阻R70，所述电阻R70并联有电阻R66，所述电阻R66并联有电阻R62，所述电阻R66串联有与非门U6C，所述与非门U6C的8引脚串联有电阻R60，所述与非门U6C的9引脚串联有电阻R68，所述电阻R68并联有电阻R61，所述电阻R60与所述电阻R61并联，所述电阻R61串联VCC15+引脚，所述电阻R68串联有电阻R65和三极管Q3，所述三极管Q3与所述电阻R65并联，所述电阻R65并联有电阻R64，所述三极管Q3串联有电阻R69，所述电阻R69并联有电阻R67，所述电阻R67与CPU SYNC引脚串联。
具体实施方式为：使用时，通过交流电压采样电路2将实际的旁路三相电压波形采样到单片机1的AD采样口，以使单片机1获得实际的旁路三相电压采样值，然后单片机1使用采样到的旁路电压经过坐标系转换和PI调节使得单片机1本身发出的PWM基准波的相位和频率不断地和实际的旁路电压趋近，不断地更新单片机1本身发出的PWM基准波，达到单片机1发出的PWM基准波和实际旁路电压同频同相，然后通过PWM波驱动电路3发送给逆变器4，逆变器4再根据此同步的PWM基准波调节逆变器4输出电压使之完全跟踪旁路，交流电压采样电路2的A相采样电路、B相采样电路和C相采样电路，所采用的电子元器件以及电子元器件之间的串并联方式均相同，现以A相采样电路为例介绍：电压信号按一定比例放大，输出AD_BYP_VOLT_A采样信号到单片机1采样口，使得单片机1能采样到旁路A相电压，其中在AD_BYP_VOLT_A信号端设置了3.3V的稳压二极管D1，保护采样到单片机1采样口的电压不超过3.3V，对芯片具有很好的保护作用；PWM波驱动电路3输出的PWM基准波与旁路A相电压同相位同频率，后续逆变器4据此跟踪旁路电压波形，输出与旁路一致的逆变器4输出电压，实现旁路跟踪，PWM波驱动电路3的信号CPU_SYNC为单片机1发出的同步信号，即为经单片机1锁相策略处理后的PWM基准波，因为单片机1PWM驱动口电压等级为3.3V，所以使用了Q3三极管来将单片机1输出的PWM驱动波形转换成5V的电压等级，由于经过Q3三极管使得驱动信号反向，后续经过与非门U6C，使得信号逻辑再次反向，保证了经过与非门U6C之后的PWM波信号逻辑与前端单片机1输出的CPU_SYNC信号逻辑一致，后续经过由Q1三极管和Q2三极管组成的图腾柱电路，利用两个晶体管构成推挽输出，增强了驱动电压等级，大大提高了芯片PWM引脚口的驱动能力；如附图4所示，1通道正弦波形为旁路交流输入A相电压，2通道方波即为单片机1发出的PWM基准波，由图可看到，单片机1最后发出的PWM基准波在实际旁路A相交流电压的下降沿触发高电平，在每个周期波形内都能完全跟踪上旁路A相电压，频率均为50.04Hz，效果极好。
本实用新型的工作原理：
参照说明书附图1-附图4，本实用新型基于型号为TMS320F28335的单片机1实现的数字化锁相装置，为UPS的跟踪锁相环节，提供了一种简洁高效地新的选择，锁相结果精准一致，有效提高了UPS系统性能，保证了实时跟踪旁路以及断电切换时的安全性和可靠性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于单片机的新型数字化锁相装置，其特征在于：包括单片机(1)、交流电压采样电路(2)、PWM波驱动电路(3)和逆变器(4)，所述交流电压采样电路(2)的输出端与所述单片机(1)的输入端电性连接，所述单片机(1)的输出端与所述PWM波驱动电路(3)的输入端电性连接，所述PWM波驱动电路(3)的输出端与所述逆变器(4)的输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的新型数字化锁相装置，其特征在于：所述单片机(1)的型号为TMS320F28335，所述交流电压采样电路(2)与所述单片机(1)的AD采样口串联，所述PWM波驱动电路(3)通过CPU_SYNC引脚与所述单片机(1)串联。
3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的新型数字化锁相装置，其特征在于：所述交流电压采样电路(2)包括A相采样电路、B相采样电路和C相采样电路，所述A相采样电路、所述B相采样电路和所述C相采样电路所采用的电子元器件以及各个电子元器件之间的连接方式均相同。
4.根据权利要求3所述的一种基于单片机的新型数字化锁相装置，其特征在于：所述A相采样电路包括放大器U3A，所述放大器U3A的输出端串联有电阻R15，所述电阻R15并联有电阻R23，所述电阻R23并联有电容Cj1，所述电容Cj1与AD BYP VOLT_A引脚串联，所述电阻R15并联有稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的2引脚串联3.3V电压，所述稳压二极管D1的1引脚接地，所述放大器U3A的同相输入端串联有电阻R14，所述电阻R14串联有电阻R13，所述电阻R13串联有电阻R12，所述电阻R12串联有电阻R11，所述电阻R11串联有电阻R10，所述电阻R10串联有电阻R9，所述电阻R9串联有电阻R8，所述电阻R8串联有引脚V BYP A引脚，所述电阻R14并联有电阻R7，所述电阻R7并联有电容C4，所述电阻R7串联有VREF_1.5V引脚。
5.根据权利要求4所述的一种基于单片机的新型数字化锁相装置，其特征在于：所述放大器U3A的反相输入端串联有电阻R22，所述电阻R22串联有电阻R21，所述电阻R21串联有电阻R20，所述电阻R20串联有电阻R19，所述电阻R19串联有电阻R18，所述电阻R18串联有电阻R17，所述电阻R17串联有电阻R16，所述电阻R16串联有N引脚，所述电阻R22并联有电阻R24，所述电阻R24并联有电容C7，所述放大器U3A的同相输入端并联有电容C5，所述电容C5串联+15V电压，所述放大器U3A的反相输入端并联有电容C6，所述电容C6串联-15电压，所述电容C6与所述电容C5均接地。
6.根据权利要求2所述的一种基于单片机的新型数字化锁相装置，其特征在于：所述PWM波驱动电路(3)包括三极管Q1和三极管Q2，所述三极管Q1与所述三极管Q2并联，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2并联有电容C6，所述电容C6并联有电阻R70，所述电阻R70并联有电阻R66，所述电阻R66并联有电阻R62，所述电阻R66串联有与非门U6C，所述与非门U6C的8引脚串联有电阻R60，所述与非门U6C的9引脚串联有电阻R68，所述电阻R68并联有电阻R61，所述电阻R60与所述电阻R61并联，所述电阻R61串联VCC15+引脚，所述电阻R68串联有电阻R65和三极管Q3，所述三极管Q3与所述电阻R65并联，所述电阻R65并联有电阻R64，所述三极管Q3串联有电阻R69，所述电阻R69并联有电阻R67，所述电阻R67与CPU SYNC引脚串联。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115206067A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-10-18 | 上海茵特格锐科技有限公司 | 一种用于逆变器的pwm信号报警电路 |
| CN116846372A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-10-03 | 广州联航科电气机械有限公司 | 一种交流充电桩控制导引pwm产生及检测电路 |
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