一种基于DSP2812实现对电网电压软件锁相的设计概述

5 次谐波的初相角兹是电压经FFT 计算得到与A相电压过零点的相位差值。根据x和兹值,产生相应的PWM 波。因正弦值实时计算时用得较多,在确定相位分辨率后,例如1毅,会导致大量重复计算。因此,采用查表法,按顺序预存一个周期为420 点的正弦值,相位的分辨率为360毅/420=0.857毅,因每次比较器的装载值是上一次移相17.143毅后的正弦值,所以只需将上一次装载值的地址加上一定的偏移量,即为本次所需的装载值地址,该偏移量为420/21=20。可见,将正弦计算简化为读相应地址的存储器值,会大大提高程序的效率。

通过读取寄存器中基波及谐波电压的初相角频率以及与过零点相位差的值,调整对应的正弦表格初相角指针地址,通过修改定时器周期寄存器来改变正弦波的频率,修改比较寄存器来改变正弦波的幅值和相位,在下一个过零信号过零点投出相位和频率控制量,即可完成对基波及谐波电压及SPWM 输出时的相位锁定。

2 实验结果与分析

在一台低压有源电力滤波装置中,采用基于TMS320F2812芯片为核心控制器的软件锁相环的设计方案。实验结果验证,该方案能够很好地实现对基波及特定次谐波电压相位的跟踪和锁定。

图5(a)给出同步过零信号波形,电压信号(正弦波)为A相电压,过零信号为方波。电路设计时将电压采样信号幅值转化为3.3 V,满足过零信号能被管脚CAP1 识别的条件。如图5(a)所示,过零信号与电压采样信号同步。

图5(b)给出功率模块锁相输出实验波形,图中波形1 为A相电压采样信号,波形2 为功率模块输出电流波形,控制器设定跟随电压采样信号的过零点触发功率模块同步输出。从实验结果可以看出,功率模块逆变输出电流相位能够与采样信号过零点保持同步,相位偏移极小,达到对电网基波电压锁相及跟踪输出的目的。

图5(c)给出功率模块锁相倍频输出实验波形。为方便观察谐波锁相输出的效果,设定5 次谐波初相角与基波过零点同相,控制器设定跟随电压采样信号过零点,反相输出5 次谐波电流,电流幅值不变。图中波形3 为采样点电压信号,波形4为控制器触发功率模块输出电流波形。如图所示,功率模块输出的5 次谐波电流初相角与采样信号保持过零同步。

实验结果表明:通过软件锁相环可以实现功率模块逆变输出电流与电压采样信号的同步,调整控制器程序,可以实现对谐波相位及频率跟踪,达到对电网电压及特定次谐波电压锁相及跟踪输出的目的。