毕业论文外文翻译-基于TMS320F28027的光伏逆变器系统的设计（含英文原文）.docx

中北大学2015届毕业设计外文文献翻译外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存基于TMS320F28027的光伏逆变器系统的设计 摘要 论文提出了基于TMS320F28027的光伏逆变器系统的设计。不仅可以实现单相全桥逆变器的功能，也实现电网相位频率检验。从光伏逆变器系统输出的电压波形作为参考信号与电网信号进行比较实现同频同相的功能。此外，单相DC-AC转换是通过利用TMS320F28027的外围模块生成SPWM波来进行控制的。另外，光伏发电的频率跟踪和相位差检测电路，需要TMS320F28027捕获脉冲的频率和计算。根据反馈电路，可以检测正弦脉冲波形。因此，该光伏逆变器系统可以实现单相DC-AC转换和光伏发电功能。关键词：TMS320F28027，单相DC-AC转换，光伏发电1.绪论 20世纪80年代以来，美国、德国、日本和其他国家已经在计划长远的太阳能源发展计划，这极大地促进了光伏发电技术和产业的发展。全球光伏电池的产量在2004已有l200MW，到2005年达到l8l8MW，预计在2536年将达到2536MW。 光伏能源在能源发展中发挥了越来越重要的作用。光伏电站目前占世界光伏市场份额的80%以上，成为领先的光伏市场。光伏发电是发展大规模的光伏系统必要的道路。第九个五年计划以来，中国的光伏发电技术是一个重要的研究对象。基于Ti生产的C2000系列DSP数字信号处理，由于其丰富的片上资源为小型和中型的光伏发电设计提供了一种新的解决方案。C2000系列DSP可以作为光伏系统的核心控制器，简化设计思路。本论文介绍了基于TMS320F28027作为控制中心的光伏逆变器系统。2.系统整体描述 图2.1描述了整个系统的控制策略。整体系统分为硬件和软件部分。硬件部分由TMS320F28027最小系统、全桥逆变电路、滤波器电路、全桥驱动隔离电路、信号反馈电路五个部分组成。软件由SPWM算法、频率跟踪算法、相位计算算法三部分组成。总体系统以TMS320F28027为控制中心。利用TMS320F28027的EPWM模块产生PWM控制全桥逆变器实现DC-AC转换。反馈信号经过整形电路后通过使用ECAP模块测试频率和生成参考波形，进一步控制全桥逆变器，以达到同频同相的功能。 图2.1 系统整体图2.1 SPWM波的产生该系统采用SPWM产生正弦波脉宽调制。SPWM调制是希望输出的波形作为调制波，接收调制信号作为载波，应用最为广泛的一种载体是等腰三角形。采用SPWM脉宽调制，正弦波作为调制波，等腰三角波作为载波。两交点与调制波可以在每个周期中获得载体。控制脉冲的上升和下降以及脉冲的频率和载波频率。为了避免影响产生的脉冲波的周期，由调制波和载波之间的两个不同高度的交叉触发。通常我们可以使用上述方法得到的两个相同的交叉点：首先做等腰三角形的垂直平分线，然后找到正弦波和垂直平分线的交点，最后做水平线。这种方法被称为规则采样。这样能得到相同的频率，占空比对应不同的正弦波PWM脉冲。SPWM波形可以有两种方式产生，即硬件方法和软件法。相比之下，软件的方法更简单实用。TMS320f28027的EPWM模块，产生PWM计数器，可以配置为上升和下降模式，相当于一个等腰三角波，用它作为一个载体，实时计算需要产生的脉冲这样就可以产生正弦波。使用的软件产生SPWM算法，三角波的周期和正弦波和脉冲宽度之间的关系如式1.1所示。 （2.1）其中，T为EPWM模块计数器周期。N指等腰三角波和正弦波的频率比，即EPWM模块计数器比正弦波的频率值，T为样本，对应于每个样本点的脉冲波的宽度可以计算。这样就可以得到相应一个周期的正弦波的SPWM脉冲，实现SPWM脉宽调制。图2.2显示了使用产生的脉冲的占空比和相应的每个采样点的正弦波一样的关系。 图2.2 脉冲占空比2.2 滤波器理论 一般来说，SPWM产生的高谐波可以过滤。在SPWM产生过程中，高载波的频率以及谐振频率会产生的高次谐波，所以逆变器在设计时需要用到滤波器滤除高次谐波。设计滤波电路时，使用电感和电容形成一个LC滤波电路。全桥逆变器输出基本频率时，滤波器输出需要满足截止频率这样过滤器才能滤除谐波。一般滤波器截止频率来自系统输出正弦波的频率范围45HZ-55HZ，PWM载波频10KHZ，截止频率设计150HZ。2.3 同频同相的原则 相同的频率及相位控制是正弦波光伏逆变器并入电网的关键性技术。频率跟踪方法是实时跟踪参考波频率和载波的频率的变化以生成控制全桥逆变电路的SPWM波，来达到控制相同频率和相同相位的目的。但是，测量频率的电路在工作时，参考波生成的谐波是影响电路工作的最主要因素。目前有两种主要的方法测量频率，一个是边缘检测方法。这种方法是通用的，但抗干扰能力较差，尤其是在电源电路中。另一种方法就是数字测量。通过快速傅里叶变换(FFT)算法，消除谐波频率能正确的测量出正弦波的频率。数字测量抗干扰的能力，但更复杂算法。 在TMS320F28027芯片的外围(捕捉)模块中。ECAP模块本身有检测波函数的功能，这使检测频率的方法更加灵活，可以很容易地通过程序设计检测出正弦波的频率。ECAP模块可以设置成一个单一的测量模式。使用边缘检测方法，并设置ECAP的操作频率计数器为60MHZ。假设捕获寄存器的值为X，测量波频率为F，60MHZ的频率计数器，关系是在F=60MHZ测量频率F，然后计算出有多少个SPWM算法采样点，以实现相同的波频率。结果是在Tp=2时。EPWM模块计数器工作在上下计数工作模式下，DSP总线时钟周期为TBPRD，等腰三角形波的周期Tp，频率为Fp。从而可以获得等腰三角形Fp频率。使用三角波和参考波，我们可以计算出数量的采样点。结果是在N= Fp/F，N是取样点的总数。这样我们可以找到的N个采样点脉冲宽度。完整的正弦波可以计算对应于每个采样点SPWM脉冲宽度。基于这些值的脉冲宽度再与DSP外围模块结合，更新EPWM比较模块的寄存器,DSP可以生成相应的PWM波。 降低相位差的主要方法达到相同的频率。信号通过整形电路后，参考波和生成的波转换为方波。然后两个方波输入门电路，将输出的结果送入到DSP芯片中进行数据的处理。使用DSP定时器中断实时检测直到相位差变成零。系统硬件设计:硬件系统电路由TMS320F28027最小系统、全桥逆变电路、滤波器、全桥驱动隔离、信号反馈等五个部分组成。TMS320F28027最小系统包括TMS320F28027芯片复位电路，JTAG端口以及ECAP。TMS320F28027芯片包括ADC、EPWM、SCI、SPI和其它片上外设和片上资源组成。ECAP和EPWM在TMS320F28027作为数据处理核心系统中起着重要的作用。 最小系统使用芯片的内部时钟源，系统工作频率为60 MHZ。最小系统设计通过JTAG口。便于调试程序和端口编程。全桥逆变电路由四个IGBT组成。系统选择IGBT模型。而IGBT驱动电路由一个10欧姆电阻和门电路构成，这可以减少寄生振荡。LC滤波电路可以更好的滤除谐波，使用两个10mH功率电感和两个220uF的电容器。全桥驱动隔离电路使用的Ti的UC3705芯片。UC3705电源电压为40V。 信号反馈电路分为测量频率和电路工作状态测量组成。在频率测量电路中使用LM393比较器，LM393比较器可以使用包含两个及更多的内部电路。为了避免干扰，测量频率的电路是主要由电压比较器组成。它是相同的相位和频率的的控制电路。生成的形波和参考波将输入和门。结果发送到DSP的I/O端口测量结果和数据分析。3.系统软件设计3.1 SPWM生成算法TMS320F28027一个有4个EPWM模块，每个模块可以生成两个PWM波。所以，只要有两个EPWM模块可以满足驱动全桥的要求。四个桥臂可以看做逆变器控制的高端桥臂和低端桥臂。A、B高端桥臂由EPWM1控制，利用SPWM波的生成原则通过PWM波控制桥臂通断。C、D低端桥臂由EPWM2控制，同样是利用SPWM波的生成原则通过PWM波控制桥臂通断。从而实现全桥逆变的功能。图3.2显示了SPWM程序流程图。可以用两个算法来生成SPWM。一是查找表方法。 图3.1 单相全桥逆变电路 这种方法可以减少DSP计算时间，但它却要浪费大量的存储空间。正弦表通常是存储的在外部RAM里面。另一种方法是计算随着系统的运行时的脉冲宽度，正弦函数的在程序中建立的关系是。首先计算工作周期，然后调用函数来更新周期寄存器。详细步骤如下：首先计算采样点的值N，然后将N划分为两个部分，其中一个是保存到对应的指针PCOUNTER的正半周期正弦波值中，另一个是保存到NCOUNTER负半周期正弦波值中，最后得到PWM更新的工作周期，这便可以产生一个完整的正弦波PWM驱动波形。 图3.2 SPWM程序流程图 图3.3为相同频率和相同相位控制程序流程图。通过TMF320F28027的捕获模块捕捉参考频率，以确保测量的参考波频率接近实际的频率，我们选择使用筛选的方法来得到适当的频率以避免各种因素造成干扰。外部中断2的中断功能是生成交流和参考信号之间的相位差电压，它是两个方波的的逻辑电平。通过配置外部中断触发上升和下降的模式，使用计时器测量相位差。外部中断1控制的中断功能通过微调可以扰乱PWM。外部中断1接口连接到一个参考波，方波上升边缘触发。当进入一个中断程序时