CN205490222U - 基于数模结合的并网逆变装置 - Google Patents

Abstract

基于数模结合的并网逆变装置，涉及一种逆变装置。本实用新型的目的是为了解决现有技术中的逆变系统存在精度低、稳定性差、调节不便、实现过程复杂和开关频率可变范围小的问题。本实用新型包括逆变主电路、滤波电路、隔离变压器、驱动隔离电路和DSP控制器，还包括三角波模拟电路和脉宽调制电路，逆变主电路通过滤波连接隔离变压器，DSP控制器的输出端和三角波模拟电路的输出端均连接数模调制电路，数模调制电路的输出端通过驱动隔离电路连接逆变主电路的功率开关。本实用新型具有产生信号具有精度高、稳定性好、简便易行、调节方便的优点。

Description

基于数模结合的并网逆变装置

技术领域

本实用新型涉及一种并网逆变装置，具体涉及一种基于数模结合的并网逆变装置，属于并网逆变器技术领域。

背景技术

在并网逆变器的控制过程中，PWM调制技术是该领域的重要指标，当PWM脉宽调制技术从通信领域引入电力电子技术领域后，极大的推动了电力电子技术的发展，经过一段时间的研究，电力电子技术中的PWM技术已经得到了极大的发展，出现了各种PWM技术，以达到应用于不同方面的电力电子技术的目的，PWM波形的产生也由起初的纯模拟电路的方法发展出了多种波形的产生方法，正弦脉宽调制作为正弦逆变驱动波形的核心技术，目前得到了广泛的研究和应用。

脉宽调制技术(PWM：Pulse Width Modulation))是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

纯模拟电路的方法产生的SPWM波形，具有输出波形纹波小，动态响应快等特点。但是由于采用分立元件多，整个系统相关性大，不便于智能化算法的实现与控制，从而造成可扩展性与调节性小。

单用模拟电路的组合而得到的SPWM波形产生的方法，其最好的特点是失真度小，输出的SPWM波形经过简单的滤波就可以很好的接近正弦波。通过谐波分析也可以知道，用纯模拟电路的方法得到的波形，含有的谐波是很少的，对于普通的恒频恒压正弦波逆变电源来说是很好的选择。但是当前对逆变地要求已经不仅仅是恒频恒压了，需要的往往是电压和频率都能在一定范围内可以调节，而且具有很好的输出稳定性的正弦波逆变电源。目前各种设备的智能化，网络化正在进行，纯模拟电路的SPWM己经不能很方便的实现联网的要求。另外纯模拟电路的SPWM即使要实现闭环控制，也只能用模拟电路的实现，当电路做好时就意味着各种系统的调节参数已经被固定了，不能随着负载特性的变化而自动的改变控制参数和控制策略，这样势必制约了正弦波逆变电源的通用性。

随着微处理器技术的飞速发展，各种适合控制的数字芯片不断的被研发使用。而这其中也有专门的SPWM芯片，如SA828、SA868等，也有可以嵌入各种数字处理器内核的可编 程逻辑阵列FPGA，以及单片机、ARM、DSP等其他的数字微处理器，极大的提高了正弦波逆变在控制方面的灵活性。

对于专用芯片来说，由于其片内已经通过数字逻辑电路固定好了了SPWM波形产生的方式，如可以选择在输出波形上叠加3次谐波，5次谐波等，所以各种SPWM波形相关的参数基本上是不可调节的，最多也就是能有少数的几种选择，而且其自身是不具备输出调节的能力的，往往需要额外配置其他微处理器才能构成闭环系统，这样制约了专用SPWM芯片的发展应用。

对于普通的单片机等微处理器来说，如果要直接输出SPWM波形，需要在片内做大量的实时计算，即使采用了规则采样法等适合数字计算的方法，但是这些微处理器的运行频率都是不高的，而且片内RAM都比较小，不适合进行大规模的实时计算因为这将占用微处理器极大的资源，甚至于一般的微处理器根本不能完成波形的实时输出计算，即使能输出波形，一般都会有输出载波频率比较低，输出频率的可调节范围小等缺点。由于纯粹利用数字计算得到的SPWM波形的结果，通过谐波分析可以知道有些谐波是不能消除的，这样就会造成的正弦波逆变在不同负载时性能完全就不一样。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，根据本实用新型的一个方面，本实用新型旨在提出一种基于数模结合的并网逆变装置，来解决现有技术中的并网逆变系统存在的精度低、稳定性差、调节不便、实现过程复杂和开关频率可变范围小的问题。

本实用新型提出的基于数模结合的并网逆变装置，包括逆变主电路、滤波电路、隔离变压器、驱动隔离电路和DSP控制器，所述基于数模结合的并网逆变装置还包括三角波模拟电路和脉宽调制电路，所述逆变主电路通过滤波电路连接隔离变压器，DSP控制器的输出端和三角波模拟电路的输出端均连接脉宽调制电路，脉宽调制电路的输出端通过驱动隔离电路连接逆变主电路的功率开关。

所述三角波发生电路仅通过简单的模拟器件电路实现，如ICL8038集成芯片，只需改变电容C的参数即能实现将载波频率即开关频率从几百Hz到几十KHz连续可调，以 此可以使用小、中、大功率不同场合的逆变应用中。

进一步地：所述脉宽调制电路由DSP外部模拟元件组成，包括比较器、调节电阻、二极管和三极管，所述DSP控制器的输出端和三角波模拟电路的输出端分别连接比较器的同相输入端和反相输入端，比较器的输出端连接二极管的负极，二极管的正极为脉宽调制电路的输出端，所述三极管的发射极连接二极管的正极，三极管的基极连接二极管的负极，三极管的集电极连接比较器的电源正极端，调节电阻并接在三极端的集电极和发射极之间。

所述脉宽调制电路仅通过DSP外部的简单模拟器件实现，如LM311等型号比较器，以此省去了DSP中占用资源的采样算法，更精准、低误差的产生SPWM信号；

进一步地：所述基于数模结合的并网逆变装置还包括直流母线电压电流采集电路，所述直流母线电压电流采集电路的输入端连接逆变主电路的输入端，直流母线电压电流采集电路的输出端连接DSP控制器。

进一步地：所述基于数模结合的并网逆变装置还包括电流采样电路和电压采样电路，所述电流采样的电路的输入端接在滤波电路和隔离变压器之间，电压采样电路的输入端连接隔离变压器的输出端，电流采样电路的输出端和电压采样电路的输出端均连接DSP控制器。

正弦调制信号由DSP控制器的D/A模块发出，载波信号由模拟电路发出，载波频率可以调节，改变逆变功率器件的开关频率，从而适用于不同功率大小的逆变场合。

本实用新型所达到的效果为：

本实用新型通过DSP控制器发出正弦波即调制波，通过外部模拟集成芯片发出波形稳定且相对精度高的三角波即载波，并通过外部脉宽调制电路将调制信号和载波信号更精准的调制得到SPWM波，DSP仅用于发出正弦调制波，其余部分通过外部简单的模拟器件构成的电路实现，以此大大降低了DSP的资源占用，这样一方面DSP运行更加快速，另一方面DSP剩下大量空间可以更好的用于对外部电路控制保护及附加功能的实现；本实用新型将数字波形、模拟波形相结合，不仅数字电路控制方式的灵活性特点，同时又具备模拟电路快速性的优点，是一种具有实际使用价值的方案，本实用新型具有产生信号具有精度高、稳定性好、简便易行、调节方便的优点。

附图说明

图1，本实用新型的整体结构框图；

图2，本实用新型实施方式的三角波模拟电路的电路示意图；

图3，本实用新型实施方式的脉宽调制电路的电路示意图。

图4，本实用新型的正弦波和三角波产生及调制过程示意图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本实用新型公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本实施方式的基于数模结合的并网逆变装置，包括逆变主电路、滤波电路、隔离变压器、驱动隔离电路和DSP控制器，所述并网逆变装置结构还包括三角波模拟电路和脉宽调制电路，所述逆变主电路通过滤波连接隔离变压器，DSP控制器的输出端和三角波模拟电路的输出端均连接脉宽调制电路，脉宽调制电路的输出端通过驱动隔离电路连接逆变主电路的功率开关。

所述三角波模拟电路包括三角波发生器，第一电位器RW1、电容C、第二电位器RW2、第一二极管D1、第一调节电阻R1和第二调节电阻R2，所述第一电位器RW1的一端分别连接第一二极管D1的正极，第一电位器RW1的另一端连接三角波发生器的10、11和12引脚，第一电位器RW1的滑动端连接三角波发生器的调频控制输入端，即8引脚，所述第一二极管D1的负极连接第二电位器RW2的滑动端，第二电位器RW2的两端分别通过第一调节电阻R1和第二调节电阻R2连接三角波发生器的两个占空比调节端即4引脚和5引脚，所述，所述电容C一端连接三角波发生器的定时电容端即10引脚，电容C的另一端连接三角波发生器11引脚。

所述三角波发生电路以ICL8038构成的模拟电路例，通过改变电容C的参数档位调整三角波频率变化范围，通过改变电位器RW1的阻值微调三角波频率，以此实现对三角 波从几十赫兹到几十千赫兹之间连续可调，既适用于小容量的高速开关频率的逆变场合，又可用于中等容量及大容量的中低速开关频率的逆变场合；

所述脉宽调制电路由DSP外部模拟元件组成，包括比较器、第三调节电阻R3、第二二极管D2和三极管T，所述DSP控制器的输出端和三角波发生器的输出端分别连接比较器的同相输入端和反相输入端，比较器的输出端连接第二二极管D2的负极，第二二极管D2的正极为脉宽调制电路的输出端，所述三极管T的发射极连接第二二极管D2的正极，三极管T的基极连接第二二极管D2的负极，三极管T的集电极连接比较器的电源正极端，第三调节电阻R3并接在三极端的集电极和发射极之间。

所述比较电路以LM311构成的模拟电路为例，将DSP发出的正弦信号和外部模拟电路发出的三角波信号分别送入比较器的正负两端进行调制准确的得到高精度的SPWM信号；后续可将得到的SPWM信号二分频得到互差180°的两路的SPWM信号，以此来控制同一桥臂的上下两个功率开关；

所述基于数模结合的并网逆变装置还包括直流母线电压电流采集电路，所述直流母线电压电流采集电路的输入端连接逆变主电路的输入端，直流母线电压电流采集电路的输出端连接DSP控制器。

所述基于数模结合的并网逆变装置还包括电流采样电路和电压采样电路，所述电流采样的电路的输入端接在滤波电路和隔离变压器之间，电压采样电路的输入端连接隔离变压器的输出端，电流采样电路的输出端和电压采样电路的输出端均连接DSP控制器。

虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (4)

1.基于数模结合的并网逆变装置，包括逆变主电路、滤波电路、隔离变压器、驱动隔离电路和DSP控制器，其特征在于：所述基于数模结合的并网逆变装置还包括三角波模拟电路和脉宽调制电路，所述逆变主电路通过滤波电路连接隔离变压器，DSP控制器的输出端和三角波模拟电路的输出端均连接脉宽调制电路，脉宽调制电路的输出端通过驱动隔离电路连接逆变主电路的功率开关。

2.根据权利要求1所述的基于数模结合的并网逆变装置，其特征在于：所述脉宽调制电路由DSP外部模拟元件组成，包括比较器、调节电阻、二极管和三极管，所述DSP控制器的输出端和三角波模拟电路的输出端分别连接比较器的同相输入端和反相输入端，比较器的输出端连接二极管的负极，二极管的正极为脉宽调制电路的输出端，所述三极管的发射极连接二极管的正极，三极管的基极连接二极管的负极，三极管的集电极连接比较器的电源正极端，调节电阻并接在三极端的集电极和发射极之间。

3.根据权利要求1所述的基于数模结合的并网逆变装置，其特征在于：所述基于数模结合的并网逆变装置还包括直流母线电压电流采集电路，所述直流母线电压电流采集电路的输入端连接逆变主电路的输入端，直流母线电压电流采集电路的输出端连接DSP控制器。

4.根据权利要求1所述的基于数模结合的并网逆变装置，其特征在于：所述基于数模结合的并网逆变装置还包括电流采样电路和电压采样电路，所述电流采样的电路的输入端接在滤波电路和隔离变压器之间，电压采样电路的输入端连接隔离变压器的输出端，电流采样电路的输出端和电压采样电路的输出端均连接DSP控制器。