逆变电源的原理及DSP实现

第1章 概 论………………………………………………………………………… 1 1.1 逆变电源的基本原理 ………………………………………………………… 1
1.1.1 UPS概述 ………………………………………………………………… 1
1.1.2 基本结构 ………………………………………………………………… 1
1.1.3 工作原理 ………………………………………………………………… 2
1.2 常见分类 ……………………………………………………………………… 3
1.2.1 常见性能分析与比较 …………………………………………………… 3
1.2.2 在线式工频机与高频机的比较分析 …………………………………… 6
1.3 系统基本拓扑结构分析……………………………………………………… 11
1.3.1 单进单出系列电路拓扑分析…………………………………………… 11
1.3.2 三进单出系列电路拓扑分析…………………………………………… 15
1.3.3 三进三出系列电路拓扑分析…………………………………………… 16
1.4 逆变电源的发展趋势………………………………………………………… 37
第2章 单相逆变器数字控制技术 ……………………………………… 43
2.1 单相半桥逆变器数学模型…………………………………………………… 43
2.2 单相半桥逆变器控制系统的设计…………………………………………… 45
2.2.1 基于滤波电感电流的输出电压交叉反馈解耦控制…………………… 46
2.2.2 线性控制器设计………………………………………………………… 49
2.2.3 非线性控制器设计……………………………………………………… 54
2.2.4 实验结果分析…………………………………………………………… 56
2.3 单桥臂发送波原理及DSP应用 …………………………………………… 57
2.3.1 单机性发送波DSP应用 ……………………………………………… 57
2.3.2 双极性发送波DSP应用 ……………………………………………… 60
第3章 三相逆变器数字控制技术 …………………………………… 62
3.1 工频变压器数学模型对比研究………………………………………… 63
3.2 逆变器数学建模及控制器设计……………………………………………… 73
3.2.1 逆变器数学模型分析…………………………………………………… 74
3.2.2 逆变器直流分量控制…………………………………………………… 81
3.2.3 双闭环程序代码示例…………………………………………………… 83
3.2.4 实验波形………………………………………………………………… 85
3.3 三相四桥臂逆变器设计……………………………………………………… 87
3.3.1 概 述…………………………………………………………………… 87
3.3.2 三相四桥臂逆变器的调制方法………………………………………… 88
3.3.3 逆变控制系统设计……………………………………………………… 95
3.4 三相逆变器的发波数字化实现……………………………………………… 98
3.4.1 SPWM 算法及DSP编码 ……………………………………………… 98
3.4.2 SVPWM 的传统算法及DSP编码…………………………………… 101
3.4.3 SVPWM 的快速算法及DSP编码…………………………………… 110
3.4.4 SVPWM 的简易算法及DSP编码…………………………………… 117
3.4.5 3D SVPWM 算法及DSP编码 …………………………………… 118
3.5 基于 MATLAB的DSP真实代码仿真 …………………………………… 125
3.5.1 传统的CCSLink功能………………………………………………… 125
3.5.2 真实代码仿真的基本思路 …………………………………………… 128
3.5.3 真实代码仿真器的使用 ……………………………………………… 128
3.5.4 DSP代码规范及示例 ………………………………………………… 132
第4章 逆变器输出电压谐波的抑制方法 ……………………………… 138
4.1 基于重复控制的逆变器控制系统设计 …………………………………… 138
4.1.1 重复控制器的基本原理 ……………………………………………… 139
4.1.2 稳定性分析 …………………………………………………………… 140
4.1.3 一种改进的重复控制计算方法 ……………………………………… 145
4.1.4 重复控制算法的程序代码示例 ……………………………………… 151
4.2 基于谐波控制的逆变器控制探讨 ………………………………………… 153
4.2.1 谐波控制的数学建模 ………………………………………………… 153
4.2.2 复合控制器设计 ……………………………………………………… 156
第5章 逆变器的并联控制技术…………………………………………… 158
5.1 逆变器并联运行控制方式 ………………………………………………… 158
5.1.1 集中控制方式 ………………………………………………………… 160
5.1.2 主从控制方式 ………………………………………………………… 160
5.1.3 分布式控制方式 ……………………………………………………… 161
5.1.4 无互连线控制方式 …………………………………………………… 162
5.2 逆变器并联运行原理 ……………………………………………………… 163
5.2.1 “1 1”并机冗余系统方案 …………………………………………… 163
5.2.2 双母线系统方案 ……………………………………………………… 165
5.3 单相逆变器并联控制方案 ………………………………………………… 168
5.3.1 负载平均电流前馈的瞬时值双闭环逆变器输出阻抗特性 …………… 168
5.3.2 并联控制方案设计 …………………………………………………… 170
5.3.3 系统实验分析 ………………………………………………………… 174
5.4 三相逆变器并联控制方案 ………………………………………………… 175
5.4.1 并联系统的环流分析 ………………………………………………… 175
5.4.2 并联系统的功率分析 ………………………………………………… 178
5.4.3 PQ下垂法及补偿器设计 …………………………………………… 180
5.4.4 平均电流及直流分量控制方案 ……………………………………… 182
5.4.5 控制系统仿真及试验波形 …………………………………………… 185
5.5 并联算法的程序代码示例 ………………………………………………… 189
第6章 逆变器的同步跟踪锁相技术……………………………………… 191
6.1 数字锁相环概述 …………………………………………………………… 191
6.1.1 锁相环的工作原理 …………………………………………………… 191
6.1.2 锁相环的数学建模 …………………………………………………… 193
6.1.3 锁相环模型优化仿真分析 …………………………………………… 193
6.2 软件数字锁相环设计 ……………………………………………………… 197
6.2.1 软件数字锁相环设计目标 …………………………………………… 197
6.2.2 基于分散逻辑控制的工频同步锁相技术 …………………………… 198
6.3 锁相环的DSP代码示例…………………………………………………… 201
6.3.1 基于旋转坐标系的三相锁相环的算法分析 ………………………… 201
6.3.2 基于同步信号的单相锁相的算法分析 ……………………………… 208
6.3.3 基于自适应陷波滤波器的算法分析 ………………………………… 212
第7章 控制系统的网络通信………………………………………… 234
7.1 DSP与FPGA之间的数据通信…………………………………………… 235
7.1.1 DSP与FPGA的大数据通信………………………………………… 235
7.1.2 DSP对基于RAM 的FPGA配置 …………………………………… 239
7.2 DSP与DSP之间的数据通信……………………………………………… 249
7.2.1 McBsp驱动层逻辑结构 ……………………………………………… 250
7.2.2 通道的应用层设计 …………………………………………………… 252
7.2.3 传输通道设计 ………………………………………………………… 255
7.2.4 程序代码示例 ………………………………………………………… 264
7.3 自定义DSP升级方案……………………………………………………… 289
7.3.1 FLASH API 的应用解析 …………………………………………… 290
7.3.2 基于SCI总线的远程FLASH加载方案 …………………………… 293
7.3.3 程序代码示例 ………………………………………………………… 302
7.4 逆变电源中的CAN通信 ………………………………………………… 313
7.4.1 CAN总线……………………………………………………………… 314
7.4.2 CAN方案及数字化实现……………………………………………… 315
7.4.3 CAN通信程序示例…………………………………………………… 335
第8章 性能指标测试及常见问题解析……………………………… 353
8.1 示波器和探头使用常识 …………………………………………………… 353
8.2 额定输出功率 ……………………………………………………………… 360
8.2.1 额定输出视在功率和额定输出有功功率 …………………………… 360
8.2.2 输出降额及降额系数 ………………………………………………… 361
8.2.3 输出功率的DSP计算方法…………………………………………… 363
8.2.4 额定输出功率测试方法及常见问题 ………………………………… 369
8.3 浅谈功率因数及负载性质 ………………………………………………… 370
8.3.1 功率因数 ……………………………………………………………… 370
8.3.2 负载性质 ……………………………………………………………… 372
8.4 三相电压不平衡度的计算方法 …………………………………………… 374
8.5 逆变器输出性能指标 ……………………………………………………… 382
8.5.1 常见测试指标 ………………………………………………………… 382
8.5.2 测试内容及行标 ……………………………………………………… 386
8.6 典型测试案例 ……………………………………………………………… 394
8.6.1 输出动态响应测试及波形分析 ……………………………………… 394
8.6.2 IGBT故障模拟及分析 ……………………………………………… 397
8.6.3 逆变IGBT驱动波形分析 …………………………………………… 400
参考文献………………………………………………………………… 405