基于CPLD的光伏逆變器鎖相及保護電路設計

　　2.2 數字濾波器

　　計數器可設計成一個17位可編程(可變模數)可逆計數器，計數范圍為23～217，可由外部置數DCBA控制。其輸入頻率fk=Mfc。當鑒相器輸出Vd為高電平時，K模計數器進行減計數，計數到“0”時，輸出一個借位脈沖DN;而當鑒相器輸出Vd為低電平時，K計數器進行加計數，當計數到某一設定值“DCBA”時，將輸出一個進位脈沖UP。UP和DN可作為脈沖加/減電路的“加”和“扣”脈沖控制信號。

　　2.3 數控振蕩器

　　本電路由D觸發器、JK觸發器和與門、或門等電路組成。當數字濾波器UP輸出端輸出一個進位脈沖時，系統便在INC下降沿到來后，在脈沖加/減電路的輸出端fout插入一個脈沖信號，也就是使相位提前半個周期;反之，當數字濾波器DN端輸出一個借位脈沖時，在DN下降沿到來后，系統就會在脈沖加/減電路的輸出序列中扣除一個脈沖信號，也就是使相位滯后半個周期，且這個過程是連續發生的。這樣，脈沖加，減電路的輸出經N分頻器模塊(ncount)分頻后，即可使輸出信號的相位接受調整控制，最終達到鎖定。當環路鎖定后，輸出與輸入信號之間會存在一定的相位誤差。

　　3 保護電路的設計與實現

　　本系統中的保護電路主要由PWM波形監視模塊和系統參數監視模塊組成，其保護電路結構如圖3所示。

　　圖3中的脈寬異常檢測模塊由3個9位使能計數器組成，DSP輸出的三路PWM信號分別作為計數器的使能信號輸入。當控制信號有效時，計數器開始計數，計數器的上限值為400，即200μs，當控制信號的有效寬度小于200 μs時(在本系統中DSP的控制周期為55μs)，即認為該PWM波正常，系統會將控制信號直接輸出;如果大于200μs，則認為PWM波出現異常，此時系統將立即切斷PWM波的有效輸出而停機.并把異常中斷信號和異常狀態碼信息報告給DSP。共態導通模塊可用于監視逆變器系統，從而控制半橋高低端的兩路對稱SPWM波信號，保證這兩路信號輸出不會出現共態導通的情況。另外，由模擬比較器產生的系統過電壓、過電流和溫度異常等報警信號，經過數字濾波后，將送人PWM波處理模塊。這樣，在系統出現異常時，即可由CPLD實現硬件上的停機保護動作。

　　圖4所示是保護電路的系統頂層圖。圖5所示是該保護電路的仿真波形。

　　4 結束語

　　本文介紹了基于CPLD的光伏并網逆變器的鎖相及保護電路的設計與實現方法，該電路目前已經在項目組的5 kW光伏并網逆變器中成功運用，實際使用證明，該電路可為系統的長時間穩定運行提供可靠的保障。