基于DSP56F805的可并機逆變電源設計

圖5 穩壓反饋原理圖

考慮到電感性負載對逆變器工作的損害，本機采用電容補償。在對輸出電壓和電流進行密集采樣之后，算出視在功率S、有功功率P及無功功率Q，
S=Ks[|U(i)|× |I(i)|]（9）
P=Kp[U(i)×I(i)]（10）
Q=（11）
根據無功功率的大小和本機的特性參數，設定無功功率允許窗口，利用查表方法投入適當的電容組合，達到補償的目的。
4.2 軟件模塊結構
本系統軟件采用模塊化設計，根據任務可分為7個模塊：系統初始化模塊、數字正弦信號產生及輸出穩定模塊、補償模塊、并機均流模塊、故障檢測處理模塊、顯示模塊、通信模塊。其流程如圖6所示。

圖6 軟件模塊框圖

4.2.1 系統初始化模塊
系統初始化模塊包括：中斷及優先權設置、PWM設置、定時設置、A/D設置、通用輸入輸出口設置、通信口設置等。系統初始化模塊是DSP工作的開始，程序放在DSP_ init()子程序及appcofig.h程序中。
4.2.2 數字正弦信號產生及輸出穩定模塊
數字正弦信號產生及輸出穩定模塊，又分為信號采樣及處理模塊、輸出穩定模塊、PWM重加載中斷服務模塊等3個子模塊。
其中信號采樣及處理模塊又分為：A/D采樣，有功功率計算，無功功率計算，功率因數計算，輸出電壓有效值計算，輸出電流有效值計算等。
輸出信號穩定模塊主要任務是根據給定的標準信號（輸出220V）和輸出的反饋信號之差采用模糊算法，以最快的速度把輸出電壓調整到標準值。
PWM重加載中斷優先級最高。為保證以最快的速度完成PWM重加載工作，此程序采用匯編語言，利用DSP56F805的快速16位數的乘法，在約3μs內完成重加載的計算工作。
4.2.3 補償模塊
逆變器在帶感性負載時，一方面功率因數降低，降低了逆變器的有功功率，另一方面滯后的電流會給逆變器帶來危害。補償模塊的作用是在帶感性負載時，用投入適當電容的方法對感性負載進行補償。根據信號采樣模塊計算出無功功率Q和本機最大允許無功功率ΔQ，采用模糊算法以最快的速度把無功功率調整到允許范圍內。
4.2.4 并機均流模塊
并機均流模塊是為多單元并聯輸出時用的。它不僅保證各單元輸出電壓的幅度、頻率、相位一致，而且還要求各單元的輸出負載均流。通過CAN總線對參與并機的各單元電流進行分析、計算，使本單元電流為總電流的1/N，達到均流的目的。
定時鎖相電路用來檢測相位和頻率，使數字正弦信號產生器輸出的相位和頻率一致。
4.2.5 故障檢測處理模塊
故障檢測處理模塊分別對輸入電壓太高或太低、輸出電壓太高或太低、輸出過載，PWM電路故障、機內溫度、開關管狀態進行檢測。對所檢測的故障分為兩類分別進行不同情況處理：對于非致命性故障采用故障顯示及報警；對于致命性故障除采用故障顯示及報警外，還關閉PWM工作以防進一步損害其它器件。
4.2.6 顯示模塊
顯示模塊是用來顯示逆變電源的工作狀態和參數，顯示的參數主要有Vin、Iin、Vout、Iout、Pout、θ等。由于采用16X2的LCD，每次只能顯示Vout及另一個參數，通過循環按動S2鍵可顯示其它參數。
4.2.7 通信模塊
通信模塊是獨立于其它模塊單獨工作的，通過CAN總線管理進行多單元通信工作。各并聯運行的單元之間，采用數據包的方式進行通信。數據包中包含有一個數據包標志及若干個數據塊。每個數據中又包含了參與并聯單元的標識號、輸出電流值等信息。通信模塊就是負責管理數據包的發送和接收工作，它是獨立工作的。它和并機均流模塊采用通信的方式傳送數據，并機均流模塊計算出本機的輸出電流后把它放在緩沖區內，并通知通信模塊發送信號，當通信模塊收到并機均流模塊的發送信號后，等到數據包到達本機后，本機狀態加入數據包中并發送出去，同時也向并機均流模塊發送有效數據包信號。并機均流模塊收到通信模塊發送來的信號后就到緩沖區中取走數據。
本系統采用Motorola公司的MSCAN軟件進行CAN通信軟件的編程，方便快捷。
4.3 主程序清單
主程序框圖見圖7，主程序清單如下：
main ( )
{
Dsp_init ( ) ; /＊ 系 統 初 始 化 ＊ /
adc_tans ( ) ; /＊ 輸 入 電 壓 采 樣 ＊ /
chech_VI _ IAI_TT( ); /＊ 檢 查 輸 入 電 壓 是 否 合 適 ＊ /
while ( 1 )
{
if ( PWMA_INT_F!=0 ) /＊ 是 否 有 PWM重 加 載 中 斷 到 來 ＊ /
{
adc_trans ( ) ; /＊ 把 A/D采 樣 結 果 送 入 相 應 緩 沖 區 ＊ /
bace_hot_protect( ); /＊ 送 出 脈 沖 調 寬 波 形 到 PWMA4 ＊ /
if(OP_FLAG!=0 ) /＊ 判 斷 是 否 過 零 ＊ /
{
phase_Output_U2_Change ( ) ; /＊ 橋 式 開 關 倒 相 ＊ /
Move_Buffers ( ) ; /＊ 將 第 一 級 緩 沖 區 內 容 轉 存 到 第 二 級 緩 沖 區 ＊ /
Multiple_count ( ); /＊ 計 算 有 功 功 率 P， 視 在 功 率 S、 電 壓 有 效 值 、 電 流 有 效 值 ＊ /
If ( STRAT_FLAG = 0 ) /＊ 是 否 剛 開 機 ＊ /
{
Narmal_V2_corr_kh ( ); /＊ 正 常 計 算 脈 寬 ＊ /
}
else
{
Start_V2_corr_kk ( )； /＊ 慢 起 動 ， 計 算 脈 寬 ＊ /
}
count_IACP ( ) ; /＊ 均 流 計 算 ＊ /
count_power_compensate ( ) ; /＊ 功 率 因 素 補 償 計 算 ＊ /
check_VI_IAI_TT ( ); /＊ 檢 測 輸 入 電 壓 是 否 異 常 ， 是 否 過 載 ， 溫 度 是 否 過 高 ＊ /
}
}
}
}
中 斷 程 序 如 下 ：
void PWM_Reload_A_callback ( void ) ; /＊ PWMA重 加 載 中 斷 ， 根 據 相 位 送 出 不 同 指 令 ＊ /
void SX_callback ( void ) ; /＊ 鎖 相 中 斷 ＊ /
void HSCAN_Callback ( void ) ; /＊ MSCAN 中 斷 收 發 程 序 ＊ /
　

圖7 主程序流程圖

4.3 特殊軟件算法說明
本機需要調整的量有：輸出電壓幅度、頻率、相位、功率因數、均流等，所有的算法都采用模糊算法。
輸出電壓調整的輸入變量有電壓偏差E和變化率ΔE，輸出控制量為脈沖寬度Zc，因此對輸入變量
定義了兩個語言：電壓偏差和變化率。電壓偏差其模糊值為5個，即低、較低、中等、較高、高。對于變化率有3個模糊值，即減小、不變和增大。根據以上定義作相應的模糊判決。
功率因數補償的輸入變量為有功功率偏差（即反饋無功功率和允許無功功率之差），其模糊值有3個，即負、正好、過大。其輸出控制量為投入電容的容量，電容的容量組合有8種，可根據有功功率偏差來確定電容的容量組合。

4 系統軟件
4.1 軟件原理
系統軟件的主要任務是實現數字正弦信號，并穩定輸出信號電壓，管理各種設備，并且完成并機的協調工作。
系統軟件通過查表的方式把數字信號送到脈沖寬度調制電路形成正弦信號Us，通過對輸出信號的采樣反饋得到Uf，經過修正輸出正弦信號的幅值以達到穩定輸出的目的。其結構圖如圖5所示。

圖5 穩壓反饋原理圖

考慮到電感性負載對逆變器工作的損害，本機采用電容補償。在對輸出電壓和電流進行密集采樣之后，算出視在功率S、有功功率P及無功功率Q，
S=Ks[|U(i)|× |I(i)|]（9）
P=Kp[U(i)×I(i)]（10）
&