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【MCU方案】+基于TMS320F2812的光伏系统设计

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tom307|  楼主 | 2015-7-23 19:47 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
   在电力电子专业,DSP应用相当广泛,我们实验室都是在用TI公司C2000系列的2812作为控制器。在实践与学习中,也总结了一些硬件设计的经验。以DSP2812在光伏电源中的应用为例,讨论一下DSP2812相关的硬件设计。
首先分析一下整个光伏电路的系统:
         DSP在整个系统中意义重大,既负责整个电路中功率开关的驱动,电压、电流采样,PID控制,还是整个系统人机交互的核心,可以通过按键输入、液晶显示等完成人机交互的设计。硬件电路设计包括DSP供电电源、DSP核心板、PWM及驱动、电压检测、电流检测、保护电路设计及显示系统设计。
1.      DSP电源设计:采用TI公司TPS767D318,可以输出1.8V和3.3V两种电压,供MCU内核及IO口使用。另外,该电源有复位端子,一旦系统异常,复位引脚输出置位信号,可用作MCU复位源。一般要求外部I/O 的3.3V 先上电,等外部电压稳定后,内核1.8V 再上电;掉电的时候则是外部I/O 的3.3V 先掉电,内核1.8V 后掉电。
2.      DSP核心板设计:
TMS320F2812 作为主控芯片设计相应主控板。主控板上扩展了一片IS61LV6416 作为外部RAM;外部采用30MHz 的无源晶振,经过内部十倍频和二分频后为内核提供150MHz 的时钟频率。
3.      PWM产生及驱动电路设计
IGBT驱动电路大都采用M57959L设计,采用+15V 和-10V 两组电源,IGBT 从关断到导通时,驱动输出+15V,当IGBT从导通到关断时,驱动输出-10V。驱动信号输入端所加的电阻4 R 、5 R 可以减少由线路电感引起的振荡。驱动输出端外加一级图腾柱电路,驱动能力进一步得到增强。驱动保护端(第八引脚)通过隔离光耦引出,可以减少保护端口的干扰,避免系统误操作。
       以上设计的驱动电路,从逻辑上来分析属于正逻辑驱动,即高电平导通,低电平关断。但TMS320F2812 芯片在默认情况下输出引脚为高电平,如果直接与该驱动电路连接,会造成主电路直通现象而烧坏IGBT 模块。这一点在实际的设计中要得到充分的重视。在本文的设计中考虑到优化布线的需要采用ULN2003A芯片实现了DSP 驱动信号的取反,同时将相应的电平由3.3V 提高到5V。
4.      电压检测
一般电力电子系统中既需要检测直流电压,也需要检测交流电压。一般都是通过电压互感器及相关调制电路实现。把待检测电压调制到0~3.3V直流电压,经RC滤波后,送DSP的AD采集。交流电压和直流电压调理电路分别如以下两图所示:
霍尔传感器CSB2-10mA 的输入输出电流比为10mA:25mA。逆变器输出交流电压在220V~300V 之间,输入的直流母线电压在650V~750V 之间。根据输入电压的幅值,在测量交流电压时霍尔传感器的原边串入30K/10W 的电阻,在测量直流电压时霍尔传感器的原边串入72K/10W 的电阻。对于交流信号的检测,由于DSP 的内部为单极性采样,因此对传感器输出的交流小信号必须增加调理电路。
5.      电流采样电路设计
同电压采样类似,采用霍尔电流传感器对电流进行调理,最终输出电压送AD采集。
霍尔电流传感器JT151T11 的输出/输入电流比:100mA:150A,考虑到逆变器输出电流在0~100A 之间,选用的负载电阻为25 /0.5W
6.      保护电路设计
作为一个完整的系统,保护部分是不可或缺的。设计保护电路需要考虑多个层面,而且要确保各保护电路本身的可靠性,这样才能提高系统的整体安全性。在本文中涉及的硬件保护有:过流保护;过热保护;驱动保护。
过流保护需要对输出电流的瞬时值进行监控,一旦超过设定值将给DSP 发送外部中断信号。由于输出为交流电流,所以过流也有着正负极性,因此要对输入的电流信号进行精密整流,通过整流后的信号与给定的参考值比较来确定是否过流。
调理后的信号可以接到DSP引脚上,作为反馈信号。
7.      人机交互设计
在显示电路的设计中,考虑到液晶模块具有较低的功耗,又能一屏显示多个参数,能够方便的观察多个参数的变化。采用SMC1602液晶进行显示。
由于SMC1602A 型液晶模块采用5V 供电,而TMS320F2812 的I/O 只能接受3.3V 以下电压,两者之间电平不匹配,因此接口不能直接相连。为解决该问题,本设计中采用了电平转换芯片74LVC4245A,该芯片的VCCA 引脚接5V 电平,VCCB引脚接3V~5V 电平,DIR 引脚决定数据传输方向,OE 引脚为芯片使能端。
DSP系统实物图:





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buer1209 打赏了 0.10 元 2015-07-25

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沙发
Altiumhu| | 2015-7-24 09:17 | 只看该作者
DSP用来干嘛的

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板凳
lefeng| | 2015-7-24 12:22 | 只看该作者
再将这种输出的电实现入网就更牛了,赞

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地板
JY-DX-JY| | 2015-8-4 15:45 | 只看该作者
顶一个

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5
123zyong| | 2019-4-12 16:55 | 只看该作者
需要相关资料,进行学习,希望可以私聊。

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