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1 引言 逆變電源的并聯(lián)運行，不僅可實(shí)現功率合成，且易于組成積木式、冗余化、智能化的分布式大功率電源網(wǎng)絡(luò )系統，是電源技術(shù)發(fā)展的重要方向�，F場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)可以方便地構建分布式逆變電源局域控制網(wǎng)，使得交流電源系統從傳統的集中式供電向分布式供電乃至智能電源系統供電模式發(fā)展，是實(shí)現系統智能化控制的有效手段。本文介紹一種基于CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的逆變電源的并聯(lián)，充分利用TI公司TMS320LF2407A DSP芯片的內部資源，通過(guò)內嵌的CAN總線(xiàn)從各并聯(lián)模塊獲取并解析現場(chǎng)控制數據，響應現場(chǎng)強實(shí)時(shí)性操作，實(shí)現對模塊工作的調度監控。 2 逆變電源并聯(lián)技術(shù) 實(shí)現逆變電源的并聯(lián)運行，其關(guān)鍵問(wèn)題在于各逆變電源要共同分擔負載電流，即要實(shí)現逆變電源的均流運行。由于逆變電源模塊并聯(lián)運行組成的是交流電源供電系統，各模塊輸出為交流信號，因而，它們之間的并聯(lián)要比直流電源的并聯(lián)運行復雜得多。逆變電源的并聯(lián)需要滿(mǎn)足5項條件，即電壓、頻率、波形、相位和相序的相同，只有這樣才能消除環(huán)流、均分負載功率，達到最佳的運行狀態(tài)，真正實(shí)現逆變電源并聯(lián)。電源電壓幅值與相位的差異都會(huì )引起逆變電源的電流差異，因此，同步運行和電流輸出一致成為實(shí)現逆變電源并聯(lián)控制要根本解決的問(wèn)題。本設計采用內嵌在TMS320LF2407A DSP芯片中的CAN總線(xiàn)來(lái)實(shí)現并聯(lián)逆變電源的同步運行和均流。 3 基于DSP的CAN總線(xiàn)設計 基于CAN總線(xiàn)的DSP控制逆變電源并聯(lián)控制的硬件設計結構框圖如3-1所示。DSP根據采樣獲得的反饋值與給定值進(jìn)行比較，控制輸出PWM脈沖，驅動(dòng)逆變橋功率開(kāi)關(guān)，輸出頻率、幅值、相位可調的正弦電壓。CAN控制器接收來(lái)自CAN總線(xiàn)的命令實(shí)現對并聯(lián)逆變電源模塊的控制。 圖3-1 系統硬件結構 3.1 CAN總線(xiàn)硬件設計 DSP芯片TMS320LF2407A中內嵌了一個(gè)CAN控制器，CAN總線(xiàn)通訊在本文實(shí)現的逆變器并聯(lián)的實(shí)現中起到重要的作用，它為并聯(lián)運行提供了同步信號以及電流給定值的數據傳送。當與CAN總線(xiàn)接口時(shí)，必須配上CAN總線(xiàn)接受器， DSP芯片TMS320LF2407A采用3.3V電源供電， TI公司專(zhuān)門(mén)為3.3 V供電的240x系列DSP設計了3種型號的CAN總線(xiàn)收發(fā)器，即SN65HVD230、SN65HVD231和SN65HVD232。它們都是采用3.3 V電源，總線(xiàn)上最多可連120個(gè)節點(diǎn)，溫度升高到一定值時(shí)，總線(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，節點(diǎn)上電或移去對總線(xiàn)上的其他節點(diǎn)沒(méi)有影響，該系列器件支持傳輸速率高達1Mbps。在本系統中就是選用了SN65HVD232作為CAN接受器，它的引腳分布如圖3-2所示。引腳1(D)用于發(fā)送數據，引腳4(R)用于接收數據，它們應分別連接到DSP芯片的CANTX/IOP6和CANTX/IOP7。 為了進(jìn)一步提高系統的抗干擾能力，在兩個(gè)DSP的CAN通訊之間使用了高速光耦6N137構成隔離電路如圖3-3，3-4所示。采用6N137高速光電耦合器，CAN的網(wǎng)絡(luò )速度可以達到和電阻網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)時(shí)的速度一樣。數據發(fā)送隔離圖中CANTX和數據接收隔離電路中的CANRX均為DSP上的引腳，CANTX為CAN發(fā)送數據引腳，CANRX為CAN接受數據引腳，電路中的R1為限流電阻，光耦6N137輸入電流不能小于7.5mA；電阻R2為上拉電阻；電阻R3為CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )兩端的匹配電阻，這里選取的是120Ω電阻,匹配電阻起著(zhù)相當重要的作用，忽略掉它們，會(huì )使系統數據通信的抗干擾性大大降低甚至無(wú)法正常工作。 3.2 CAN總線(xiàn)軟件設計 本設計采用爭主的主從控制策略實(shí)現對并聯(lián)逆變電源系統的通信。所有從模塊的同步信號、電流瞬時(shí)幅值基準取自主模塊。為了適應并聯(lián)冗余的要求，避免主模塊故障導致整個(gè)系統的工作癱瘓，主模塊是動(dòng)態(tài)確立的。每隔一定的時(shí)間，各個(gè)模塊都要廣播一個(gè)“爭主”請求，如果尚未確立主模塊、或者已經(jīng)確立的主模塊故障則最先發(fā)出“爭主”請求的模塊就可以成為新的主模塊。利用爭主主從控制的原則，在某一主模塊失效的情況下，由其他從模塊競爭成為主模塊，代替原有主模塊的地位，這樣的機制可以保證整個(gè)系統不會(huì )因為一臺通信主節點(diǎn)的癱瘓造成整個(gè)逆變模塊通信系統的癱瘓。 對TMS320LF2407A的CAN控制器的編程主要是利用幾個(gè)郵箱進(jìn)行數據的接收和發(fā)送，配置有6個(gè)郵箱，2個(gè)接收(0，1號)，2個(gè)發(fā)送(4，5號)，2個(gè)可配置(2，3號)；每個(gè)郵箱數據長(cháng)度為8B。設置郵箱3為發(fā)送非廣播郵箱，郵箱2為接收非廣播信息郵箱，郵箱4為發(fā)送廣播的郵箱，郵箱0為接收廣播的郵箱。整個(gè)通信系統主要分為一個(gè)主節點(diǎn)和多個(gè)子節點(diǎn)，其中郵箱4，在一定的時(shí)間定期以廣播的形式向總線(xiàn)發(fā)送爭主請求，以探測主節點(diǎn)是否工作正常。郵箱0的功能就是接收并區分這兩種信息，并判斷自身的地位，決定是否利用郵箱4發(fā)送反對爭主請求。郵箱2的主要功能是接收主節點(diǎn)的控制信息，并且通知郵箱3發(fā)送響應的響應信息。在圖3-5中給出了關(guān)于信息發(fā)送流程的描述。 4 實(shí)驗 根據本文提出的CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的逆變電源并聯(lián)的控制方案，在兩臺逆變電源上進(jìn)行了并聯(lián)實(shí)驗。圖4-1為兩臺并聯(lián)逆變電源輸出電壓，電壓幅值100V/格，圖4-2為兩臺并聯(lián)逆變電源輸出電流，電流幅值10A/格，表明均流效果很好。圖4-3為從模塊跟蹤主模塊的同步信號，圖4-4顯示的是主模塊CAN總線(xiàn)發(fā)送的信號與從模塊的CAN總線(xiàn)接收的信號，信號在傳送過(guò)程中沒(méi)有丟失，一致性非常好，達到了預期的效果。 5 結束語(yǔ) 本文的設計利用了LF2407A自身內嵌CAN總線(xiàn)控制技術(shù)方便地構建了分布式逆變電源局域控制網(wǎng)，不僅使逆變電源并聯(lián)方法簡(jiǎn)便，同時(shí)為各模塊提供了穩定可靠的數據通信，支持逆變電源的熱插拔性，系統具有結構簡(jiǎn)潔、擴容方便、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。 |
