基于數模結合的并網逆變裝置的制造方法
【專利摘要】基于數模結合的并網逆變裝置，涉及一種逆變裝置。本實用新型的目的是為了解決現有技術中的逆變系統存在精度低、穩定性差、調節不便、實現過程復雜和開關頻率可變范圍小的問題。本實用新型包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅動隔離電路和DSP控制器，還包括三角波模擬電路和脈寬調制電路，逆變主電路通過濾波連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接數模調制電路，數模調制電路的輸出端通過驅動隔離電路連接逆變主電路的功率開關。本實用新型具有產生信號具有精度高、穩定性好、簡便易行、調節方便的優點。
【專利說明】
基于數模結合的并網逆變裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種并網逆變裝置，具體涉及一種基于數模結合的并網逆變裝置，屬于并網逆變器技術領域。
【背景技術】
[0002]在并網逆變器的控制過程中，PWM調制技術是該領域的重要指標，當PWM脈寬調制技術從通信領域引入電力電子技術領域后，極大的推動了電力電子技術的發展，經過一段時間的研究，電力電子技術中的PWM技術已經得到了極大的發展，出現了各種PWM技術，以達到應用于不同方面的電力電子技術的目的，PWM波形的產生也由起初的純模擬電路的方法發展出了多種波形的產生方法，正弦脈寬調制作為正弦逆變驅動波形的核心技術，目前得到了廣泛的研究和應用。
[0003]脈寬調制技術(PffM:Pulse Width Modulat1n))是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。
[0004]純模擬電路的方法產生的SPffM波形，具有輸出波形紋波小，動態響應快等特點。但是由于采用分立元件多，整個系統相關性大，不便于智能化算法的實現與控制，從而造成可擴展性與調節性小。
[0005 ]單用模擬電路的組合而得到的spmi波形產生的方法，其最好的特點是失真度小，輸出的SPWM波形經過簡單的濾波就可以很好的接近正弦波。通過諧波分析也可以知道，用純模擬電路的方法得到的波形，含有的諧波是很少的，對于普通的恒頻恒壓正弦波逆變電源來說是很好的選擇。但是當前對逆變地要求已經不僅僅是恒頻恒壓了，需要的往往是電壓和頻率都能在一定范圍內可以調節，而且具有很好的輸出穩定性的正弦波逆變電源。目前各種設備的智能化，網絡化正在進行，純模擬電路的SPWM己經不能很方便的實現聯網的要求。另外純模擬電路的SPWM即使要實現閉環控制，也只能用模擬電路的實現，當電路做好時就意味著各種系統的調節參數已經被固定了，不能隨著負載特性的變化而自動的改變控制參數和控制策略，這樣勢必制約了正弦波逆變電源的通用性。
[0006]隨著微處理器技術的飛速發展，各種適合控制的數字芯片不斷的被研發使用。而這其中也有專門的SPffM芯片，如SA828、SA868等，也有可以嵌入各種數字處理器內核的可編程邏輯陣列FPGA，以及單片機、ARM、DSP等其他的數字微處理器，極大的提高了正弦波逆變在控制方面的靈活性。
[0007]對于專用芯片來說，由于其片內已經通過數字邏輯電路固定好了了SPffM波形產生的方式，如可以選擇在輸出波形上疊加3次諧波，5次諧波等，所以各種SPWM波形相關的參數基本上是不可調節的，最多也就是能有少數的幾種選擇，而且其自身是不具備輸出調節的能力的，往往需要額外配置其他微處理器才能構成閉環系統，這樣制約了專用SPWM芯片的發展應用。
[0008]對于普通的單片機等微處理器來說，如果要直接輸出SPWM波形，需要在片內做大量的實時計算，即使采用了規則采樣法等適合數字計算的方法，但是這些微處理器的運行頻率都是不高的，而且片內RAM都比較小，不適合進行大規模的實時計算因為這將占用微處理器極大的資源，甚至于一般的微處理器根本不能完成波形的實時輸出計算，即使能輸出波形，一般都會有輸出載波頻率比較低，輸出頻率的可調節范圍小等缺點。由于純粹利用數字計算得到的SPWM波形的結果，通過諧波分析可以知道有些諧波是不能消除的，這樣就會造成的正弦波逆變在不同負載時性能完全就不一樣。
【實用新型內容】
[0009]在下文中給出了關于本實用新型的簡要概述，以便提供關于本實用新型的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本實用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實用新型的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本實用新型的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0010]鑒于此，根據本實用新型的一個方面，本實用新型旨在提出一種基于數模結合的并網逆變裝置，來解決現有技術中的并網逆變系統存在的精度低、穩定性差、調節不便、實現過程復雜和開關頻率可變范圍小的問題。
[0011]本實用新型提出的基于數模結合的并網逆變裝置，包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅動隔離電路和DSP控制器，所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括三角波模擬電路和脈寬調制電路，所述逆變主電路通過濾波電路連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接脈寬調制電路，脈寬調制電路的輸出端通過驅動隔離電路連接逆變主電路的功率開關。
[0012]所述三角波發生電路僅通過簡單的模擬器件電路實現，如ICL8038集成芯片，只需改變電容C的參數即能實現將載波頻率即開關頻率從幾百Hz到幾十KHz連續可調，以此可以使用小、中、大功率不同場合的逆變應用中。
[0013]進一步地:所述脈寬調制電路由DSP外部模擬元件組成，包括比較器、調節電阻、二極管和三極管，所述DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端分別連接比較器的同相輸入端和反相輸入端，比較器的輸出端連接二極管的負極，二極管的正極為脈寬調制電路的輸出端，所述三極管的發射極連接二極管的正極，三極管的基極連接二極管的負極，三極管的集電極連接比較器的電源正極端，調節電阻并接在三極端的集電極和發射極之間。
[0014]所述脈寬調制電路僅通過DSP外部的簡單模擬器件實現，如LM311等型號比較器，以此省去了DSP中占用資源的采樣算法，更精準、低誤差的產生SPffM信號；
[0015]進一步地:所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括直流母線電壓電流采集電路，所述直流母線電壓電流采集電路的輸入端連接逆變主電路的輸入端，直流母線電壓電流采集電路的輸出端連接DSP控制器。
[0016]進一步地:所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括電流采樣電路和電壓采樣電路，所述電流采樣的電路的輸入端接在濾波電路和隔離變壓器之間，電壓采樣電路的輸入端連接隔離變壓器的輸出端，電流采樣電路的輸出端和電壓采樣電路的輸出端均連接DSP控制器。
[0017]正弦調制信號由DSP控制器的D/A模塊發出，載波信號由模擬電路發出，載波頻率可以調節，改變逆變功率器件的開關頻率，從而適用于不同功率大小的逆變場合。
[0018]本實用新型所達到的效果為:
[0019]本實用新型通過DSP控制器發出正弦波即調制波，通過外部模擬集成芯片發出波形穩定且相對精度高的三角波即載波，并通過外部脈寬調制電路將調制信號和載波信號更精準的調制得到SPffM波，DSP僅用于發出正弦調制波，其余部分通過外部簡單的模擬器件構成的電路實現，以此大大降低了DSP的資源占用，這樣一方面DSP運行更加快速，另一方面DSP剩下大量空間可以更好的用于對外部電路控制保護及附加功能的實現;本實用新型將數字波形、模擬波形相結合，不僅數字電路控制方式的靈活性特點，同時又具備模擬電路快速性的優點，是一種具有實際使用價值的方案，本實用新型具有產生信號具有精度高、穩定性好、簡便易行、調節方便的優點。
【附圖說明】
[0020]圖1，本實用新型的整體結構框圖；
[0021]圖2，本實用新型實施方式的三角波模擬電路的電路示意圖；
[0022]圖3，本實用新型實施方式的脈寬調制電路的電路示意圖。
[0023]圖4，本實用新型的正弦波和三角波產生及調制過程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]在下文中將結合附圖對本實用新型的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本實用新型公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。
[0025]在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本實用新型，在附圖中僅僅示出了與根據本實用新型的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本實用新型關系不大的其他細節。
[0026]本實施方式的基于數模結合的并網逆變裝置，包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅動隔離電路和DSP控制器，所述并網逆變裝置結構還包括三角波模擬電路和脈寬調制電路，所述逆變主電路通過濾波連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接脈寬調制電路，脈寬調制電路的輸出端通過驅動隔離電路連接逆變主電路的功率開關。
[0027]所述三角波模擬電路包括三角波發生器，第一電位器RWl、電容C、第二電位器RW2、第一二極管D1、第一調節電阻Rl和第二調節電阻R2，所述第一電位器RWl的一端分別連接第一二極管DI的正極，第一電位器RWI的另一端連接三角波發生器的10、11和12引腳，第一電位器RWl的滑動端連接三角波發生器的調頻控制輸入端，S卩8引腳，所述第一二極管Dl的負極連接第二電位器RW2的滑動端，第二電位器RW2的兩端分別通過第一調節電阻Rl和第二調節電阻R2連接三角波發生器的兩個占空比調節端即4引腳和5引腳，所述，所述電容C 一端連接三角波發生器的定時電容端即10引腳，電容C的另一端連接三角波發生器11引腳。
[0028]所述三角波發生電路以ICL8038構成的模擬電路例，通過改變電容C的參數檔位調整三角波頻率變化范圍，通過改變電位器RWl的阻值微調三角波頻率，以此實現對三角波從幾十赫茲到幾十千赫茲之間連續可調，既適用于小容量的高速開關頻率的逆變場合，又可用于中等容量及大容量的中低速開關頻率的逆變場合；
[0029]所述脈寬調制電路由DSP外部模擬元件組成，包括比較器、第三調節電阻R3、第二二極管D2和三極管T，所述DSP控制器的輸出端和三角波發生器的輸出端分別連接比較器的同相輸入端和反相輸入端，比較器的輸出端連接第二二極管D2的負極，第二二極管D2的正極為脈寬調制電路的輸出端，所述三極管T的發射極連接第二二極管D2的正極，三極管T的基極連接第二二極管D2的負極，三極管T的集電極連接比較器的電源正極端，第三調節電阻R3并接在三極端的集電極和發射極之間。
[0030]所述比較電路以LM311構成的模擬電路為例，將DSP發出的正弦信號和外部模擬電路發出的三角波信號分別送入比較器的正負兩端進行調制準確的得到高精度的SPWM信號；后續可將得到的SPffM信號二分頻得到互差180°的兩路的SPffM信號，以此來控制同一橋臂的上下兩個功率開關；
[0031]所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括直流母線電壓電流采集電路，所述直流母線電壓電流采集電路的輸入端連接逆變主電路的輸入端，直流母線電壓電流采集電路的輸出端連接DSP控制器。
[0032]所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括電流采樣電路和電壓采樣電路，所述電流采樣的電路的輸入端接在濾波電路和隔離變壓器之間，電壓采樣電路的輸入端連接隔離變壓器的輸出端，電流采樣電路的輸出端和電壓采樣電路的輸出端均連接DSP控制器。
[0033]雖然本實用新型所揭示的實施方式如上，但其內容只是為了便于理解本實用新型的技術方案而采用的實施方式，并非用于限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本實用新型所揭示的核心技術方案的前提下，可以在實施的形式和細節上做任何修改與變化，但本實用新型所限定的保護范圍，仍須以所附的權利要求書限定的范圍為準。
【主權項】
1.基于數模結合的并網逆變裝置，包括逆變主電路、濾波電路、隔離變壓器、驅動隔離電路和DSP控制器，其特征在于:所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括三角波模擬電路和脈寬調制電路，所述逆變主電路通過濾波電路連接隔離變壓器，DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端均連接脈寬調制電路，脈寬調制電路的輸出端通過驅動隔離電路連接逆變主電路的功率開關。2.根據權利要求1所述的基于數模結合的并網逆變裝置，其特征在于:所述脈寬調制電路由DSP外部模擬元件組成，包括比較器、調節電阻、二極管和三極管，所述DSP控制器的輸出端和三角波模擬電路的輸出端分別連接比較器的同相輸入端和反相輸入端，比較器的輸出端連接二極管的負極，二極管的正極為脈寬調制電路的輸出端，所述三極管的發射極連接二極管的正極，三極管的基極連接二極管的負極，三極管的集電極連接比較器的電源正極端，調節電阻并接在三極端的集電極和發射極之間。3.根據權利要求1所述的基于數模結合的并網逆變裝置，其特征在于:所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括直流母線電壓電流采集電路，所述直流母線電壓電流采集電路的輸入端連接逆變主電路的輸入端，直流母線電壓電流采集電路的輸出端連接DSP控制器。4.根據權利要求1所述的基于數模結合的并網逆變裝置，其特征在于:所述基于數模結合的并網逆變裝置還包括電流采樣電路和電壓采樣電路，所述電流采樣的電路的輸入端接在濾波電路和隔離變壓器之間，電壓采樣電路的輸入端連接隔離變壓器的輸出端，電流采樣電路的輸出端和電壓采樣電路的輸出端均連接DSP控制器。
【文檔編號】H02J3/38GK205490222SQ201620311276
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】康爾良, 伊斌
【申請人】哈爾濱理工大學