當(dāng)前位置:首頁(yè) > 單片機(jī) > 單片機(jī)
[導(dǎo)讀]針對(duì)UPS中的鎖相要求,采用數(shù)字控制的方法,用DSP(TMS320240)實(shí)現(xiàn)了帶同步鎖相的逆變器

0 引言
    鎖相技術(shù)在工業(yè)測(cè)量和控制領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,其實(shí)質(zhì)是一種相位的負(fù)反饋系統(tǒng)。在線式UPS系統(tǒng)中,逆變器和市電可以看作是兩個(gè)電壓源,二者之間存在切換的過(guò)程,由于切換開(kāi)關(guān)不是理想的,切換需要一定的時(shí)間,在切換的瞬間二者的輸出波形可能不一致。一方面波形的差別叮能會(huì)造成供電的中斷,另一方面也可能會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)電壓源之間的環(huán)流,特別是采用靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換的時(shí)候,容易造成器件的損壞。為了保證切換過(guò)程的安全,必須將逆變器輸出和市電輸出鎖相,使二者具有相同的相位和幅值。相同的道理,鎖相同步在多臺(tái)UPS并機(jī)和多臺(tái)UPS構(gòu)成冗余系統(tǒng)時(shí)也是必需的。UPS的逆變器輸出相位可以和市電保持一致,但輸出波形的幅度要保持一致則違背了UPS的功能,所以,通常UPS鎖相的目標(biāo)是在保證相位一致的情況下保持幅度近似相等。


1 數(shù)字鎖相的算法
    實(shí)現(xiàn)相位跟蹤的辦法很多,一種方法是用市電電壓作為同步信號(hào),這種方法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單,可以在極短的時(shí)間內(nèi)鎖定相位,但由于市電電壓不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。將會(huì)使頻率發(fā)生偏差。常用的鎖相方式是將相位差轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?,再用這個(gè)電壓去控制一個(gè)壓控振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。模擬鎖相(APLL)和數(shù)字鎖相(DPLL)的基本結(jié)構(gòu)是類似的,包括鑒相器(PD)、低通濾波器、壓控/數(shù)控振蕩器(VCO/DC0)和分頻器4個(gè)部分,如圖1所示。數(shù)字鎖相的實(shí)現(xiàn)有很多種方法,比如單周期數(shù)字PLL的控制等。

    對(duì)于UPS來(lái)說(shuō),基本的鎖相電路可以得到一個(gè)與輸入電壓相位頻率一致的信號(hào)真φo,然后以信號(hào)φo去調(diào)節(jié)逆變器的參考正弦波電壓信號(hào)。其結(jié)果是,輸出電壓可以和輸入電壓保持頻率一致,但有一個(gè)固定的相位差。這是因?yàn)槭苣孀兤鞑蓸迎h(huán)節(jié)、校正環(huán)節(jié)、輸出濾波器及負(fù)載等很多因素的影響所致。本文所采用的PLL的結(jié)構(gòu)如圖2中虛線框內(nèi)所示,輸入相位信φi為市電相位,反饋相位信號(hào)φc為逆變器輸出電容電壓相位。


    鑒相器輸出一個(gè)與相位差成比例關(guān)系的結(jié)果,比例系數(shù)為Kd,則有

   
    濾波器的脈沖傳遞函數(shù)設(shè)為F(z),可以采用巴特沃思、契比雪夫等濾波器,也常使用比例積分環(huán)節(jié)或其他環(huán)節(jié)來(lái)代替低通濾波器。本文采用的是一個(gè)比例積分環(huán)節(jié),即

   

    這里,數(shù)控振蕩器是借用了通常習(xí)慣使用的名稱,實(shí)際上并沒(méi)有一個(gè)振蕩的部件,而是一個(gè)比例放大環(huán)節(jié),φf(shuō)比例放大后與輸入信號(hào)周期(Tin)相加得到鎖相輸出信號(hào)周期To=Tin+Koφf(shuō),輸出相位為φ=Koφf(shuō)設(shè)鎖相環(huán)外部的環(huán)節(jié)脈沖傳遞函數(shù)為G(z),則整個(gè)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為

   
    在這個(gè)UPS中,由實(shí)際電路和程序確定C(z)的表達(dá)式是比較困難的,設(shè)計(jì)的時(shí)候可以根據(jù)逆變器的仿真結(jié)果近似確定G(z)為一個(gè)延時(shí)很小的遲滯環(huán)節(jié)或者干脆忽略其影響。


2 用DSP實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鎖相

    鎖相的環(huán)節(jié)中只有鑒相器的相位檢測(cè)是由硬件電路完成,其它均在DSP中由軟件實(shí)現(xiàn)。相位檢測(cè)的電路如圖3所示,比較器U2B和外圍的一些元器件構(gòu)成了一個(gè)帶回差的過(guò)零比較器?;夭畹拇笮≈饕Q于抗干擾考慮,逆變器開(kāi)關(guān)時(shí)對(duì)控制電路的干擾是非常嚴(yán)重的,要求回差取得較大為好,但過(guò)大的回差會(huì)造成相位檢測(cè)誤差增大,所以,回差大小的選擇需要折巾考慮。實(shí)際電路中。過(guò)零附近由于干擾的存在,輸出為一段電平在“0”和“1”之間反復(fù)高頻翻轉(zhuǎn)的信號(hào),所以,在程序的相位檢測(cè)中需要進(jìn)行去抖動(dòng)的處理。
    頻率的大小在程序中是由兩次過(guò)零信號(hào)之間的計(jì)數(shù)值來(lái)確定的,也就是用汁數(shù)值來(lái)表示的周期值。計(jì)數(shù)在每個(gè)中斷周期進(jìn)行一次,每個(gè)計(jì)數(shù)的單位代表50μs,20ms為400個(gè)計(jì)算單位,相位差也是由計(jì)數(shù)得到。程序在進(jìn)行鎖相之前要判斷市電的頻率是否在正常的范圍內(nèi),如果超出了范圍,則不跟蹤市電而使用自己的振蕩頻率來(lái)確定逆變器的輸出頻率,這時(shí)候逆變器輸出頻率是精度很高的50Hz,但不允許進(jìn)行旁路切換的操作。為了防止逆變器輸出頻率過(guò)大或者過(guò)小,必須對(duì)輸出周期的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行幅度限制。同時(shí)也應(yīng)該限制凋整幅度的大小,以避免輸出頻率的劇烈變化。

    PLL子程序的最后還包括了圖2中的參考波形發(fā)生部分,整個(gè)的程序流程如圖4所示。


3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    用以上的方法在TMS320F240中實(shí)現(xiàn)了逆變器輸出與市電輸入的鎖相,鎖相的結(jié)果由TDS210型示波器拍得,如圖5所示。圖5中幅度較高的2為逆變器輸出電壓波形,用100:1的探頭測(cè)得,幅度較低的1為輸入市電波形,是用500:1的差分探頭同時(shí)測(cè)得(由于示波器沒(méi)有500:1的探頭設(shè)置.測(cè)量時(shí)此通道當(dāng)作是1:1的探頭,所以,實(shí)際上波形1的對(duì)應(yīng)的示波器量度為250V/div,而不是圖中所顯示的500mV/div)。
    從圖5可以清楚地看到鎖相的過(guò)程,初始的時(shí)候逆變器輸出相位超前于市電,所以,用比較大的輸出周期來(lái)逐步鎖定輸入電壓相位,鎖定之后則以輸入電壓相同的周期輸出,實(shí)現(xiàn)了同頻同相。


4 結(jié)語(yǔ)
    本文分析和討論了逆變器中的數(shù)字鎖相技術(shù),并用DSP實(shí)現(xiàn)了逆變器的數(shù)字鎖相,從實(shí)驗(yàn)波形可以看出,該方法較好地解決了電壓同步鎖相的問(wèn)題,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉