一种高效宽压宽频逆变电源的制作方法

1.本实用新型涉及一种逆变电源技术，尤其涉及一种高效宽压宽频逆变电源。


背景技术：

2.逆变电源主要由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，逆变电源是把直流电能(电能、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v，50hz正弦波)。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、电脑、照明等。随着电力电子技术的飞速发展和逆变技术在许多领域的广泛应用，人们对逆变电源性能的要求越来越高，体现在不仅要求有很好的输出波形质量，对其稳态、动态性能的要求也在逐渐地提高。但是现有逆变电源存在转换效率低、控制精度差、输出波形畸变系数大、电压波动大等缺点，导致输出的电源供电质量差，严重制约负载的正常工作。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种高效宽压宽频逆变电源，通过利用dsp控制器的快速运算功能、电压电流的输出反馈功能，实现了输出电压按照预设的正弦波输出，且当有负载波动时能够快速检测、反馈、响应、调整dsp控制器的pwm占空比、滤波输出，确保波形畸变系数和电压波动小，实现更高精度的输出控制，从而提高整机性能。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了高效宽压宽频逆变电源，包括依次串联的三相交流输入电源、整流电路、稳压电路、逆变电路和lc滤波电路，所述lc滤波电路的输出端与用于采集电流值和电压值的采集电路的输入端相连，所述采集电路的输出端与dsp控制器的输入端相连，所述dsp控制器的输出端经驱动电路与所述逆变电路的控制开关管相连。
5.优选的，所述dsp控制器为tms320f28335控制芯片。
6.优选的，所述dsp控制器还与用于检测异常信号的i/o信号检测检测电路相连。
7.优选的，所述异常信号至少包括输入过欠压信号、输出过欠压信号、过流信号、过温信号、短路信号中的一个或者其中任意组合。
8.优选的，所述三相交流输入电源的输入电压为280
‑
440v，频率为300
‑
700hz。
9.因此本实用新型采用上述结构的高效宽压宽频逆变电源，通过利用dsp控制器的快速运算功能、电压电流的输出反馈功能，实现了输出电压按照预设的正弦波输出，且当有负载波动时能够快速检测、反馈、响应、调整dsp控制器的pwm占空比、滤波输出，确保波形畸变系数和电压波动小，实现更高精度的输出控制，从而提高整机性能。
10.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
11.图1为本实用新型的实施例一种高效宽压宽频逆变电源的控制原理图；
12.图2为dsp初始化程序流程图；
13.图3为主体程序流程图；
14.图4为定时器中断程序流程图；
15.图5为pi调节子程序流程结构图；
16.图6为逆变器电压电流双闭环控制子程序流程图；
17.图7为svpwm调制算法具体流程图。
具体实施方式
18.以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。
19.图1为本实用新型的实施例一种高效宽压宽频逆变电源的控制原理图，如图1所示，本实用新型的结构包括依次串联的三相交流输入电源、整流电路、稳压电路、逆变电路和lc滤波电路，其中，所述三相交流输入电源的输入电压为280
‑
440v，频率为300
‑
700hz。所述lc滤波电路的输出端与用于采集电流值和电压值的采集电路的输入端相连，首先三相交流电压送入(三相整流桥)整流电路中进行整流，转为脉动的直流电，而后输送至稳压电路中使脉动的直流电转为恒定平滑的直流电，再输送至逆变电路中进行逆变得到三相交流电，最后输送至lc滤波，在lc滤波中，电感流过的电流为22a(1.5倍裕量)，电容耐压400v(1.5倍裕量)，所述采集电路的输出端与dsp控制器的输入端相连，采集电路包括电压互感器和电流互感器，所述dsp控制器的输出端经驱动电路与所述逆变电路的控制开关管相连。所述dsp控制器为tms320f28335控制芯片。
20.优选的，所述dsp控制器还与用于检测异常信号的i/o信号检测检测电路相连。所述异常信号至少包括输入过欠压信号、输出过欠压信号、过流信号、过温信号、短路信号中的一个或者其中任意组合。
21.本实施例中的tms320f28335控制芯片主要包括电源电路、时钟电路、电平转换电路、反馈控制电路、调压旋钮电压反馈电路、ipm控制电路、故障处理电路和epwm模块，且自带adc模块，使系统简单，且抗干扰能力增强。其中，tms320f28335的作用是将由采集电路测得的信号进行数字滤波，再经控制算法计算，得到一个与输入量相对应的pwm信号。
22.更具体的，tms320f28335使用epwm模块产生pwm信号输出至驱动电路，且tms320f28335的epwm模块使用软件生成svpwm信号更为方便、快捷。且经epwm模块的cmpa设置触发时刻和触发信号占空比，tbprd设置开关频率，cmpctl设置计数模式，采用连续增减计数模式，从而产生对称的pwm波，这样可减少谐波。另外通过dbfed和dbred设置死区单元，以避免逆变电路的上下2个开关管导通。
23.本实施例中的tms320f28335具体设计如下：
24.a.电源电路
25.tms320f28335工作时所要求的电压分为两部分：3.3v的flash电压以及1.8v或1.9v的内核电压。tms320f28335对电源很敏感，故电源电路采用电源芯片ams1117
‑
3.3和ams1117
‑
adj芯片，可分别将 5v输入电压转换为3.3v和1.9v，以电压供使用。另外数字电源与模拟电源，数字地与模拟地之间用电感隔开，抗干扰性更强。
26.b.时钟电路设计
27.tms320f28335芯片采用内部振荡器，在x1和x2之间连接一个30mhz的石英晶体，系
统通过编程选择5倍频的pll功能，可实现的最高工作频率(150mhz)。
28.c.jtag接口设计
29.tms320f28335采用5个1149.1
‑
1990ieee标准协议和ieee标准的测试接口和边界扫描结构的jtag信号接口，以及两个扩展接口(emuo和emu1)，该接口通过仿真器直接访问，扫描仿真消除了传统电路仿真存在的电缆过长引起的信号失真及仿真插头的可靠性差等问题，采用扫描仿真，使得在线仿真成为可能，给调试带来方便。在实际设计过程中，考虑到jtag下载口的抗干扰性，在与dsp控制器连接的emuo、emu1端口必须通过4.7kω的上拉电阻连接至电源，trstn引脚通过2.2kω的下拉电阻接地，且分别在其引脚上添加0.1μf的旁路电容。
30.d.电平转换电路
31.采用带3态输出的8位总线收发器74lvc4245，将dsp控制器输出的3.3v电压转换为5v电压，然后作为驱动信号驱动逆变电路；也可将采样电压经过转换送给dsp进行处理。该电平转换器为双向电压传输，vcca＝4.5
‑
5.5v；vccb＝2.7
‑
3.6v。
32.d.反馈控制电路具体包括：
33.输出电压反馈电路
34.lc滤波电路输出电压经电压互感器(chv
‑
25p ss1704127d013)变换，再经输出电压反馈电路进行一系列低通滤波后产生反馈信号vac，送入dsp进行处理。
35.电压互感器chv
‑
25p输出为5v，经滤波后跟随。若输出低电平，vin为两个电阻的分压，即v ＝ra9/(ra9 ra11)＊3＝vac，送入dsp进行处理。若输出为高电平，v ＝ra9/(ra9 ra11)＊3 ra11/(ra9 ra11)＊vin＝vac，送入dsp进行处理。
36.输出电流反馈电路
37.输出电流经电流互感器变换，再经输出电流反馈电路进行一系列低通滤波后，产生两路信号iabs和iac，分别送入dsp进行处理。
38.电流互感器，第一级rc相当于滤波，积分电路。一路为电流真值。另一路进行比较为电流的保护值。
39.测电流的上限或者下限值，高于或者低于某一个值判定为过流欠流保护
40.电流达到过流时，上端vout＝
‑
(ra14/ra13)＊vi，低电平，控制开关管截至。下端vout＝vin，高电平，控制开关管导通，分压输出。
41.若电流达到欠流时，上端vout＝
‑
(ra14/ra13)＊vi，高电平，控制开关管导通。下端vout＝vin，低电平，控制开关管截至，分压输出。
42.辅助电源电压反馈电路
43.辅助电源输入直流电压vcc0经分压，再经辅助电源电压反馈电路进行一系列低通滤波后，产生反馈信号vdc，送入dsp进行处理。
44.分压后若为高电平，驱动电路导通，7脚输出14伏电压作为u10的反相输入端，与输入的vcc0共同作用，同时vdc输出至dsp。
45.若为低电平，驱动电路截至，7脚无输出。
46.e.调压旋钮电压反馈电路
47.调压旋钮为可变电阻，旋转可变电阻调压产生的电压，产生控制信号tmp，送入dsp控制器的ad采样端进行处理。
48.f.ipm控制电路
49.dsp产生hu、lu、hv、lv四路控制信号，分别送入四组光耦(a4504)构成的驱动电路，驱动ipm的四个开关管的通断。
50.g.故障处理电路
51.当ipm中产生的故障信号时，会送入光耦中共同产生一个故障imr，然后送入dsp产生中断进行处理。
52.h、软件系统
53.1)dsp初始化程序设计
54.在进入主体程序之前，需要对dsp芯片进行初始化，编写dsp初始化程序。图2为dsp初始化程序流程图，如图2所示，其中包括：关总中断，设置系统时钟倍频，禁止看门狗，i/o模块初始化，adc模块初始化，定时器、比较器等寄存器初始化等。
55.2)逆变器系统程序主体流程
56.图3为主体程序流程图，如图3所示。其中包括：dsp系统初始化的调用，初始化系统函数和变量，开中断，查询中断，转入中断服务程序，输出信号处理等。
57.3)中断程序设计
58.中断服务程序包括定时器中断和驱动保护中断两个中断服务程序。
59.图4为定时器中断程序流程图，如图4所示，定时器中断程序为定时器1溢出中断，定时器每50us产生一次溢出中断。在中断服务程序中完成adc转换结果读取和控制算法的实现，最终产生svpwm信号，达到控制主电路的目的。中断服务程序开始后，要获取a/d转换的结果，进一步判断是否存在过电压、过电流等，如果采样值超出设定的限幅值，就启动保护程序，封锁脉冲输出。如果电压、电流值没有超过范围，就不需要启动保护程序，直接进入下一步。如果需要进行坐标变换，那么进入坐标变换子程序，如果不需要进行坐标变换，直接就能在abc坐标系下进行计算，就可以直接利用采样得到的交流电压、电流值进行算法运算。在中断结束后，要及时清除中断标志，返回保存的寄存器值，以便下一次中断可以进行。
60.外部功率驱动保护中断服务子程序：检测gpio4引脚(imr信号)的状态，当该引脚为高电平时，产生中断，此为最高级别中断。dsp立即发出封锁信号，从而关闭输入ipm的控制信号，保护电路安全。
61.4)控制算法实现
62.pi调节器的软件算法实现
63.图5为pi调节子程序流程结构图，如图5所示，在逆变器控制算法环节中，采用pi调节控制器，也就是外环电压pi调节，内环电流pi调节的形式。
64.电压电流双闭环控制软件算法实现
65.图6为逆变器电压电流双闭环控制子程序流程图，如图6所示，逆变器采样电压、电流后进行双闭环的调节，外环为电压环，作用是稳定输出电压；内环为电感电流环，提高系统对变化电流量的响应速度，加强系统的整体动态响应特性。
66.图7为svpwm调制算法具体流程图，如图7所示，svpwm控制算法的软件实现。
67.i.输出(acoutput)
68.最终输出单相正弦波，额定功率为3kw，电压为230v，频率为50hz。功率因数：0.9(滞后)。输出电流为14.49a。
69.通过以上电路、软件和算法的配合，实现了逆变电源效率高、精度高、输出波形畸变系数小、电压波动小等特点，分别应用了：稳压滤波采用lc滤波，既能实现滤波效果，也能实现无功功率的相互转换，相对纯电容滤波减少了能量消耗，另一方面，通过软件控制，利用dsp的快速运算能力，电压电流的输出反馈电路、pi调节器的软件算法和svpwm的软件控制算法综合控制，实现输出电压按照预设的正弦波输出，当有负载波动时能够快速检测、反馈、响应、调整pwm占空比、滤波输出，确保波形畸变系数和电压波动小，实现更高精度的输出控制，从而提高整机性能。
70.还需要说明的是在结构上
71.本实施例将上述电子部件布置于壳体内，采用壳体与壳体外部的散热器一体式设计，既减少的尺寸重量，又增大散热效果，由于电源体积小、重量轻，可靠性高，尤其适用于中频发电机组的固定使用，方便工频电源的逆变转化。
72.因此本实用新型采用上述结构的高效宽压宽频逆变电源，通过利用dsp控制器的快速运算功能、电压电流的输出反馈功能，实现了输出电压按照预设的正弦波输出，且当有负载波动时能够快速检测、反馈、响应、调整dsp控制器的pwm占空比、滤波输出，确保波形畸变系数和电压波动小，实现更高精度的输出控制，从而提高整机性能。
73.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。