基于TMS320F2812的软件锁相技术

第23卷第4期2008

年12月安　徽　工　程　科　技　学　院　学　报

JournalofAnhuiUniversityofTechnologyandScienceVol.23.No.4Dec.,2008

文章编号:1672-2477(2008)04-0061-04

基于TMS320F2812的软件锁相技术

李　旭,王　鸣3

(安徽工程科技学院安徽省电气传动与控制重点实验室,安徽芜湖　241000)

摘要:在光伏并网发电系统中,为了实现光伏系统与电网电压的可靠并网运行,要求并网逆变器输出电流与电网电压同频同相.为此采用了一种基于DSP芯片TMS320F2812实现软件锁相的方法,,实验结果表明,锁相精确度高,稳定可靠,证明了该方法的可行性和有效性.关　键　词:并网逆变器;TMS320F2812;软件锁相中图分类号:TN911　　　　文献标识码:A

,光伏并网发电技术的应用越来越

广泛.,,有着较为复杂的硬件电路,.本文采用TI公司新推出的高性能DSP芯片,相对于前期TMS320F24X系列数字信号处理器,(位)和系统处理能力(达到150MIPS)[1],能更好的实现并网锁相的控制方法,,来实现对电网电压的频率跟踪和相位校正,并给出了实验结果.

1　锁相的工作原理及其发展

锁相环(PLL)是一个相位误差控制系统,是将参考信号与输出信号之间的相位进

行比较,产生相位误差电压来调整输出信号的频率以达到与参考信号同频的目的.基本图1　锁相环的基本组成的锁相环路是由鉴相器(PD)、环路滤波器

(LF)和压控振荡器(VCO)三个部分组成[2],如图1所示.

锁相分为模拟锁相和数字锁相.模拟锁相在电路可靠性、稳定性和集成度方面有着不可克服的缺陷;数字锁相又分为由数字逻辑器件构成的全数字逻辑锁相和基于DSP的软件锁相[3].全数字逻辑锁相环路由逻辑器件构成,抗干扰能力强,易于集成,可靠性比模拟锁相大为提高,但在全数字逻辑锁相环中,需将各种模拟电平信号变成方波脉冲或离散数据的形式,数字控制的振荡信号源不再具有类似模拟压控振荡器的近似线性特征,从而增加了全数字逻辑锁相系统设计和分析的难度[4].用软件锁相取代模拟和数字器件的数字控制,可提高产品的集成度,处理灵活,摆脱了复杂的硬件电路设计,解决了模拟锁相的许多难题,具有全数字逻辑锁相的优点,且修改参数简单方便,具有很好的扩展性,是锁相技术的发展趋势[5].

2　光伏并网软件锁相设计及实现

软件锁相是将典型的锁相电路中由硬件来实现的对输出信号的相位和频率的控制改为用软件编程的方式来实现.对光伏并网系统来说其具体实现思路是将电网电压作为输入参考信号,采样后通过硬件电路整形成与其同步的TTL方波信号,通过TMS320F2812的捕获单元检测该方波信号的上升沿和下降沿来确定输入电网信号的频率和相位.而在TMS320F2812中依靠EV(EventManager)模块,通过软件设定SPWM载波周期寄存器TPR产生SPWM信号驱动功率器件输出并网电流,SPWM信号的周期和输出

收稿日期:2008-06-10　

),男,河南遂平人,硕士研究生.作者简介:李　旭(1984—

),男,安徽巢湖人,副教授,硕导.通讯作者:王　鸣(1957—

62 安　徽　工　程　科　技　学　院　学　报2008年

并网电流的周期相等.由于SPWM信号由TMS320F2812内部软件产生,所以F2812明确了解并网电流

的周期和相位,这样软件锁相环中的反馈采样信号根本不需要任何硬件电路,在软件中直接调用即可[6].2.1　电网电压同步信号的检测与捕获在进行输出电流和电网电压同步的过程中,DSP需要检测电网电压信号的频率和相位作为外部输入参考,由于TMS320F2812芯片只能采集TTL电平信号,所以需要辅助硬件电路将电网的正弦波电压信号转换成幅值为3.3V的方波信号,本文中将电网电压经变压器降压低通滤后,得到与其同相位的弱电信号,该方波信号经过光电隔离和电平转换后,将幅值为3.3V的方波送到DSP芯片EVA模块的捕获引脚CAP1和CAP2,CAP1用于捕获上升沿,触发中断后用两次捕获值之差来确定对应的电网频率,CAP2用于捕获下降沿,触发中断后在方波的后半周期进行锁相调整[7].2.2　SPWM

波的产生

SPWM波是用正弦波与三角载波相互比较而产生的脉冲高度不变且宽度与正弦波幅值成正比的方波信号,通常的模拟方法是直接将正弦波与三角波输入到一个由运放所构成的比较器电路进行比较而实现的[8].芯片TMS320F2812,,芯片中,PWM寄存器的值匹配来实现的.周期寄存器装载着给定三角波周期相应的计数值,比较寄存器装载着正弦波离散化后的各个比较点的幅值.设定定时器为连续增/减计数模式,当定时器的计数值与比较寄存器中的值相等时发生比较匹配,这样在一个三角载波周期中会发生两次匹配,如果需要改变三角载波的频率和脉冲的宽度,只需改变周期寄存器和比较寄存器的值,在上述两次匹配时,相应引脚的输出电平发生翻转,从而得到宽度不等的PWM波.在整个过程中,三角载波和正弦波并没有出现,它们只是一种抽象的波形.图2是PWM波发生的简要示意图.2.3　频率跟踪的软件实现

　图2　PWM波发生简要示意图

采用SPWM信号模拟的正弦波频率主要取决于SPWM本身的载波频率和每个正弦波周期离散化输出的点数[9].即输出信号的频率:

fsin=

　,

每个sin周期输出的点数

(1)

在保证每个正弦波周期离散化输出的点数不变的情况下,输出信号频率由SPWM波载波频率来决定,而载波频率是可以通过周期寄存器值来改变的,利用这个特点,在 …… 此处隐藏：2957字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……