【Z源并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計案例3500字】

Z源并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u3917Z源并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計案例 1267571硬件電路設(shè)計 1182501.1Z源并網(wǎng)逆變系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng) 14201.2硬件電路設(shè)計 2196561.2.1功率電路設(shè)計 2169491.2.2信號電路設(shè)計 3197331.2.3驅(qū)動電路設(shè)計 6235351.2.4DSP控制器設(shè)計 736181.2.5輔助電路設(shè)計 7214232軟件設(shè)計 9177352.1軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 9260362.2主程序設(shè)計 10125432.3中斷程序設(shè)計 11258215新型Z源光伏并網(wǎng)逆變器仿真 121硬件電路設(shè)計1.1Z源并網(wǎng)逆變系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)本節(jié)將設(shè)計和分析硬件平臺設(shè)計中的關(guān)鍵電路，并提供一些科學(xué)電路。特別地，清楚地描述了單個集成電路，信號和驅(qū)動電路的設(shè)計。圖1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2硬件電路設(shè)計硬件電路主要是由功率電路、信號電路、控制電路、驅(qū)動電路組成，如圖1.2所示。圖1.2硬件電路框圖1.2.1功率電路設(shè)計如圖1.1所示，Cpv是直流濾波器的計數(shù)器。應(yīng)盡可能選擇大的Cpv電容值，以保持DC電壓穩(wěn)定性。在本文中，Cpv=4400μ作為控制管，T5用作Z源網(wǎng)絡(luò)中的二極管D。釋放非零向量時關(guān)閉T5，并在釋放零向量時打開T5。假設(shè)逆變器的額定輸出功率為400瓦，則設(shè)計了單相完整電橋的四相開關(guān)設(shè)備的電阻電壓和最大電流允許值，以使設(shè)備不會燒壞。功率高時退出。因此，根據(jù)市場上的產(chǎn)品規(guī)格，選擇IGBT作為控制管，選擇T1-T5作為相同的IGBT類型。所選的IGBT型號為FGL60N100BNTD，其最大工作電壓為1000V，最大工作電流為60A。Z源網(wǎng)絡(luò)電容參數(shù)的值設(shè)置為1100μF。根據(jù)市場上產(chǎn)品的規(guī)格，兩個串聯(lián)的電容為2200μF的意大利Kendeil輸入電壓為400伏。使用該系列后，Z電源的電壓可以達(dá)到800V。選擇43?/0.002?的穩(wěn)壓器。確定感應(yīng)的參數(shù)為3mH。實際上，串聯(lián)使用一個1.5mH的電感可實現(xiàn)10A的允許最大電流。與電網(wǎng)有關(guān)的電感指標(biāo)參數(shù)不可超過6MHz，峰值運行電流將會實現(xiàn)20A，能夠符合系統(tǒng)的真正運行標(biāo)準(zhǔn)。1.2.2信號電路設(shè)計信號電路系統(tǒng)接收電源電路系統(tǒng)的高電壓和高電流信號，將其轉(zhuǎn)換為低電流信號，然后將其發(fā)送到控制器進(jìn)行操作。由控制器發(fā)送的PWM控制信號由信號電流系統(tǒng)的邏輯激活，這里的信號電流是驅(qū)動模塊獲取的相應(yīng)信號，隨后在電路處理后，可以調(diào)控電源的開關(guān)處理。在該部分電路設(shè)計中，主要是獲取相應(yīng)的樣本信號同時進(jìn)行傳輸，進(jìn)而實現(xiàn)整體的控制效果。其具體可以劃分為三個方面，即為采樣電路，傳輸電路等。采樣模塊的設(shè)計中，主要是獲取相應(yīng)高壓信號等內(nèi)容，具體為圖3-2、圖3-3內(nèi)容，需要對車間以及感應(yīng)設(shè)備電壓及時采樣。相關(guān)傳感器屬于LV25-PLEM雷丁，設(shè)計為相應(yīng)的封閉式方案。其測定區(qū)間對應(yīng)為10-500V，相應(yīng)的精度達(dá)到6％，響應(yīng)效率達(dá)到40?，體現(xiàn)出不錯的穩(wěn)定性。目前所運用的版本是LA25-NPLEM，設(shè)計為相應(yīng)的封閉式方案。其相應(yīng)的測定區(qū)間是0-55A，精度可以得到5％，響應(yīng)效率對應(yīng)為1，體現(xiàn)出不錯的穩(wěn)定性與直線性。通過該設(shè)備的應(yīng)用，能夠提升監(jiān)控功能的控制和操作精度。圖1.3電壓采樣圖1.4電流采樣通過選擇DSP控制器AD，只能采用正值，并且采樣信號需要進(jìn)行預(yù)處理。電壓和電流調(diào)節(jié)圖如圖3-5所示。核心芯片部分為TITLV431B，設(shè)定的相應(yīng)電壓為1.24V，精確性±0.5%。圖1.5電壓和電流調(diào)理電路該部分的信號電路設(shè)計為1.6內(nèi)容。為避免逆變器在不利狀態(tài)下工作，需要布置診斷電路。經(jīng)過驅(qū)動相關(guān)信號以及相應(yīng)的驅(qū)動電路輸入的組合作用來產(chǎn)生控波，以實現(xiàn)控制功能。圖1.6驅(qū)動信號電路電網(wǎng)同步信號電路如圖1.7所示。選擇TV系列0815-1互感器，小精度，電子電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計十分重要。其相應(yīng)準(zhǔn)確性為0.2％，測量區(qū)間達(dá)到0-1000瓦，占據(jù)空間不大，可以保持獨立運行，在電路板環(huán)境下良好運用。圖1.7電網(wǎng)電壓同步信號電路1.2.3驅(qū)動電路設(shè)計本文將選擇IGBT作為電子電源轉(zhuǎn)換器。DSP傳輸?shù)男盘栯妷汉凸β屎艿停瑹o法直接連接進(jìn)行開關(guān)操作，因此需要驅(qū)動電路來增加控制信號。該系統(tǒng)選擇的IGBT驅(qū)動器芯片是LYM的KA962F驅(qū)動器芯片。它是一單管的大容量IGBT模塊驅(qū)動器，具有0-60kHz的工作頻率，300A/1200V的功率以及隔離，記錄和附加的功率保護(hù)功能。其外觀如圖1.8所示。圖1.8KA962F外形圖按照設(shè)計指南明確相應(yīng)的驅(qū)動芯片的設(shè)計圖，具體為圖1.9所示。圖1.9KA962F應(yīng)用圖1.2.4DSP控制器設(shè)計在設(shè)計過程中，芯片部分選擇為TMS320F2812，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)在此不多做介紹。此時的峰值處理速度可實現(xiàn)150MIPS，具備良好的效率與性能，符合實際需要。其滿足下面的5個優(yōu)點：（1）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)。（2）具有較高的操作水平，可以并行執(zhí)行多個操作。（3）TMS320系列支持四階段管道處理。（4）具有高質(zhì)量的算術(shù)單元和硬件系數(shù)，可以使數(shù)據(jù)處理更加準(zhǔn)確。（5）包括各種數(shù)據(jù)存儲設(shè)施，以提高數(shù)據(jù)處理速度。根據(jù)透明度站點提供的數(shù)據(jù)表，用戶可以運用不同的編程處理方式，同時合理設(shè)計輸入、輸出模塊，進(jìn)而掌握更多功能。1.2.5輔助電路設(shè)計在該部分的設(shè)計中，含有保護(hù)電路、濾波電路等多個方面。所設(shè)計的電源供應(yīng)，主要為JMD35-BAC-DC開關(guān)模塊，其相應(yīng)的電壓區(qū)間是90-264V，對外輸出部分為15VDC，體現(xiàn)出良好的靈敏性，噪聲影響不大。參考電壓電路使用TITLV431芯片作為主要設(shè)備。該裝置具備良好的精度，可以給AD模型帶來相應(yīng)的1V和2V的參考數(shù)值。具體為圖1.10內(nèi)容。保護(hù)電路分為過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)和熱保護(hù)。當(dāng)逆變器處于異常工作狀態(tài)時，保護(hù)電路可以保護(hù)電路設(shè)備免于著火并保護(hù)電路安全。過壓保護(hù)和過流保護(hù)將采用傳統(tǒng)保護(hù)電路的形式，因此在此不再詳細(xì)描述。極端熱保護(hù)方案如圖1.11所示。NTC加熱模塊需要連接到其中的開關(guān)管。伴隨系統(tǒng)溫度的增加，此時電阻減小，R123部分繼續(xù)升高。當(dāng)其電壓超過反向部分，此時需要進(jìn)行校正處理。圖1.10參考電壓電路圖圖1.11過溫保護(hù)電路圖連接到市電的濾波電路使用L型濾波系統(tǒng)來確定逆變器和電容的參數(shù)值。其他濾波器電路是參考最廣泛使用的濾波器電路配置文件設(shè)計的。2軟件設(shè)計2.1軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)軟件控制器選擇TI的TMS320F2812控制器。該軟件系統(tǒng)包括主程序和中斷程序。主要的軟件功能是完成硬件系統(tǒng)的初始化并進(jìn)入備用系統(tǒng)。中斷程序主要分為捕獲，AD中斷和周期中斷。中斷程序會調(diào)整當(dāng)前時間的值，以保護(hù)電源電壓相位。AD中斷可以保存和處理選定的值。周期性中斷程序根據(jù)選擇的值來計算相應(yīng)的控制參數(shù)以實施控制策略。軟件系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。圖2.1軟件系統(tǒng)框圖2.2主程序設(shè)計系統(tǒng)的工作頻率為150MHz，計時器T1和T2沿倒數(shù)方向運行。AD模型速度限制為1.25MHz，載波頻率為10kHz，表明開關(guān)頻率也是10kHz。T1下溢期間發(fā)生中斷。EVA模塊的四個輸出信號用作完整橋式感應(yīng)器電路的驅(qū)動信號，兩個計時器的比較結(jié)果產(chǎn)生一個生成信號，在直通和非直通期間轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。狀態(tài)圖如圖2.2所示。圖2.2主程序流程圖2.3中斷程序設(shè)計捕獲程序調(diào)整模塊波的相位和發(fā)送器的持續(xù)時間，以實現(xiàn)電源電壓的數(shù)字相位阻斷功能。功能阻斷的實現(xiàn)還需要電壓網(wǎng)絡(luò)的硬件模型電路的協(xié)調(diào)。首先，DSP控制器將計時器移交給前者，并將其設(shè)置為在增模式下運行。當(dāng)方波信號的邊沿與電源電壓檢測到同步時，捕獲將停止。電網(wǎng)的持續(xù)時間值是兩個連續(xù)計數(shù)器之間的差額。注意，為避免編程時的錯誤判斷，必須確定電源電壓的零電壓同步信號的上沿。AD可以輕松運行并保存選定的值。為了使采樣有比較高的精度，須將每個信號連續(xù)采樣五次，最負(fù)值和最大值除外，最終求得采樣值的平均值。根據(jù)大小進(jìn)行比較和判斷。樣本值可以實現(xiàn)控制策略。周期中斷是整個程序最緊要的一部分，各種算法的管理功能是在周期中斷期間執(zhí)行的?？刂破魇紫确治鲞x定的值，然后根據(jù)預(yù)定義的控制策略執(zhí)行數(shù)據(jù)算術(shù)過程。計算后，根據(jù)特定樣本的值生成PWM波，然后將其發(fā)送到信號電路和驅(qū)動電路，以生成可以接通和斷開電子開關(guān)來實現(xiàn)的驅(qū)動波來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。同時，如果先收到電網(wǎng)中斷信號，則必須先處理捕獲信號，重置傳感器，并同時調(diào)整計數(shù)器的周期值，最后再實現(xiàn)控制。其程序圖如圖2.3所示。圖2.3中斷程序流程圖5新型Z源光伏并網(wǎng)逆變器仿真在電池板的選擇上，屬于長沙光合太陽能公司的100W產(chǎn)品，相應(yīng)運行電壓數(shù)值為32.5V，運行電流為2.89A，其中開路電壓為41.2V，短路電流為1.4A。考慮到實際的技術(shù)需求，其中電源容量規(guī)劃為400W，所以需要配套使用4個。在實驗環(huán)節(jié)中，外在光照良好，電池板穩(wěn)定工作，明確其性能。圖5.1是逆變器輸出電壓和連接到市電的電流的實驗波形圖，逆變器正常運行并滿足市電連接要求，同時設(shè)定相應(yīng)的供電方案。此時逆變器可帶來頻率為50.0264Hz，峰值2.5A的交流電。運行過程中，功率傳輸為381W，整體效率95％。圖5.1電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流的實驗波形Z源網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電壓波如圖5.2所示。Z源網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓的峰值為500瓦，并具有一定的和