利用C2000 MCU实施并网微型太阳能逆变器
,PLL控制器也位于该任务中。
2、4ms任务A1。A1 4ms定期任务。状态机处理器。
3、4ms任务A2。A2 4ms定期任务。所有测量均在该任务中计算。
4、4ms任务A3。A3 4ms定期任务。用户键检测便在这里,同时检测超出或者未达到运行状态范围,并发出故障指令。
5、4ms任务A4。A4 4ms定期任务。MPPT控制器与调试支持。
3.2.2 系统状态机
图16状态机
图16显示了任务A1中处理的状态机。不同状态代表不同的运行模式。
本系统中共有4种状态模式:
·上电
·待机
·开启
·故障
上电模式是系统上电的一种过渡模式。在这种模式下,系统进行一些初始化,之后,系统便自动进入待机模式。
待机模式是系统等待开启指令的一种模式。所有PWM和SCR控制信号都关闭。在这种模式下,所有测量均有效。系统探测外部状态,并检查系统是否可以开启。
当系统成功地从待机模式启动以后,系统进入开启模式。这种模式下,所有PWM和SCR控制信号均开启。系统开始向电网输电。
如果出现故障,系统进入故障模式,所有PWM和SCR控制信号均关闭。如果故障清除,则系统自动返回待机模式。
3.2.3 中断服务程序
本系统的中断服务程序(ISR)具有如下功能:
·读取ADC结果和部分测量计算。
·入网电流控制器
·SCR开/关控制
·紧急保护。一次侧冲击电流、二次侧过电压和输出电流保护。
·调试支持。把调试数据记录到缓冲器。
图17 ISR流程图
3.3 入网转换器控制器
图18显示了整个入网转换器结构。
图18控制器结构
3.3.1 PLL控制器
图19显示了PLL控制器系统
图19 PLL控制系统图
PLL系统由如下几部分组成:
·相位误差检测。检测基准和正弦波输出之间的相位误差。该检测功能在1ms任务A0中实现。
·PLL控制器。闭环控制器,控制器在1ms任务A0中执行。
·正弦波生成器。根据频率和采样时间生成正弦波;在ISR中完成这项工作。
3.3.2 电流控制器
为了设计电流环路,必须首先建造对象模型。这里可以使用小信号模型。
图20反激电路
假设反激电路如图6所示;另外,假设其在连续模式下工作。
图21反激连续模式电流
如果一次侧的MOS开启,则一次侧电流增加,Lp充电,并且能量被存储在其内部。因此,可得到如下方程式:
如果Q1关闭,则能量被立即传输至二次侧,ip很快降至零。在二次侧,二极管开启,次电感接过负载,并对C充电。可得到方程式(2)。
主电感Lp和次电感Ls具有如下关系:
把方程式(3)与方程式(2)组合得到:
利用这种平均状态空间方法,如果占空因数为d,则可以得到如下方程式:
对方程式(5)稍做改动得到:
去除高阶无穷小元素得到:
因此, 和
的关系为:
D的稳定状态为:
控制器环路为:
图22电流控制器环路
使用PI控制器时,控制器计算频率为22kHz。开环带宽必须设置为1到2kHz。
图8表明,闭环的反馈必须为一次侧电流ip,但在现实系统中,当Q1开启时其为中间点电流。如果转换器工作在连续模式下,则主反馈和次平均电流之间的关系为:
为了获得正弦波输出电流,次平均电流必须为正弦波;因此,必须把反馈电路改为如下模型:
图23修改后的电流环路
4 实验室测试波形
(CH3闭环输出电压,CH4闭环输出电流)
图24闭环输出电流和电压
(CH3入网电压,CH4入网电流)
图25入网电流和入网电压
(CH2入网电压,CH4入网电流)
图26系统开启时的电压和电流波形
(CH2入网电压,CH4入网电流)
图27系统关闭时的电压和电流波形
(主开关MOSFET的CH1 VGS,主开关MOSFET的CH3 VDS,Lr的CH4谐振电流)
图28主开关MOSFET的ZVS波形和Lr谐振电流
(CH4入网电流纹波)
图29入网电流纹波
5 其它
原理图,请参见《附件B》
6 参考文献
1、TMS320F2802x产品说明书,SPRS523G
附件A、电气规范
附件B、原理图
- 德州仪器(TI)太阳能反向器解决方案(11-03)
- TI PLC模块电表应用方案概述(04-27)
- TI C2000(TM)加速实时控制应用(08-03)
- 大联大世平推出高性能太阳能微型逆变器方案(02-05)
- 选择数字电源集成电路(IC)的秘诀(07-03)
- 如何挑选数字电源集成电路?(08-05)