基于DSP的数字锁相技术

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
[b]0 引言 [/b] 锁相技术在工业测量和控制领域中有着广泛的应用,其实质是一种相位的负反馈系统。在线式UPS系统中,逆变器和市电可以看作是两个电压源,二者之间存在切换的过程,由于切换开关不是理想的,切换需要一定的时间,在切换的瞬间二者的输出波形可能不一致。一方面波形的差别叮能会造成供电的中断,另一方面也可能会产生两个电压源之间的环流,特别是采用静态开关切换的时候,容易造成器件的损坏。为了保证切换过程的安全,必须将逆变器输出和市电输出锁相,使二者具有相同的相位和幅值。相同的道理,锁相同步在多台UPS并机和多台UPS构成冗余系统时也是必需的。UPS的逆变器输出相位可以和市电保持一致,但输出波形的幅度要保持一致则违背了UPS的功能,所以,通常UPS锁相的目标是在保证相位一致的情况下保持幅度近似相等。 1 数字锁相的算法 实现相位跟踪的办法很多,一种方法是用市电电压作为同步信号,这种方法实现比较简单,可以在极短的时间内锁定相位,但由于市电电压不是标准的正弦波。将会使频率发生偏差。常用的锁相方式是将相位差转变为电压,再用这个电压去控制一个压控振荡器来实现的。模拟锁相(APLL)和数字锁相(DPLL)的基本结构是类似的,包括鉴相器(PD)、低通滤波器、压控/数控振荡器(VCO/DC0)和分频器4个部分,如图1所示。数字锁相的实现有很多种方法,比如单周期数字PLL的控制等。 对于UPS来说,基本的锁相电路可以得到一个与输入电压相位频率一致的信号真φo,然后以信号φo去调节逆变器的参考正弦波电压信号。其结果是,输出电压可以和输入电压保持频率一致,但有一个固定的相位差。这是因为受逆变器采样环节、校正环节、输出滤波器及负载等很多因素的影响所致。本文所采用的PLL的结构如图2中虚线框内所示,输入相位信φi为市电相位,反馈相位信号φc为逆变器输出电容电压相位。 鉴相器输出一个与相位差成比例关系的结果,比例系数为Kd,则有 滤波器的脉冲传递函数设为F(z),可以采用巴特沃思、契比雪夫等滤波器,也常使用比例积分环节或其他环节来代替低通滤波器。本文采用的是一个比例积分环节,即 这里,数控振荡器是借用了通常习惯使用的名称,实际上并没有一个振荡的部件,而是一个比例放大环节,φf比例放大后与输入信号周期(Tin)相加得到锁相输出信号周期To=Tin+Koφf,输出相位为φ=Koφf设锁相环外部的环节脉冲传递函数为G(z),则整个系统的脉冲传递函数为 在这个UPS中,由实际电路和程序确定C(z)的表达式是比较困难的,设计的时候可以根据逆变器的仿真结果近似确定G(z)为一个延时很小的迟滞环节或者干脆忽略其影响。 2 用DSP实现的数字锁相 锁相的环节中只有鉴相器的相位检测是由硬件电路完成,其它均在DSP中由软件实现。相位检测的电路如图3所示,比较器U2B和外围的一些元器件构成了一个带回差的过零比较器。回差的大小主要取决于抗干扰考虑,逆变器开关时对控制电路的干扰是非常严重的,要求回差取得较大为好,但过大的回差会造成相位检测误差增大,所以,回差大小的选择需要折巾考虑。实际电路中。过零附近由于干扰的存在,输出为一段电平在“0”和“1”之间反复高频翻转的信号,所以,在程序的相位检测中需要进行去抖动的处理。 频率的大小在程序中是由两次过零信号之间的计数值来确定的,也就是用汁数值来表示的周期值。计数在每个中断周期进行一次,每个计数的单位代表50μs,20ms为400个计算单位,相位差也是由计数得到。程序在进行锁相之前要判断市电的频率是否在正常的范围内,如果超出了范围,则不跟踪市电而使用自己的振荡频率来确定逆变器的输出频率,这时候逆变器输出频率是精度很高的50Hz,但不允许进行旁路切换的操作。为了防止逆变器输出频率过大或者过小,必须对输出周期的计算结果进行幅度限制。同时也应该限制凋整幅度的大小,以避免输出频率的剧烈变化。 PLL子程序的最后还包括了图2中的参考波形发生部分,整个的程序流程如图4所示。 3 实验结果 用以上的方法在TMS320F240中实现了逆变器输出与市电输入的锁相,锁相的结果由TDS210型示波器拍得,如图5所示。图5中幅度较高的2为逆变器输出电压波形,用100:1的探头测得,幅度较低的1为输入市电波形,是用500:1的差分探头同时测得(由于示波器没有500:1的探头设置.测量时此通道当作是1:1的探头,所以,实际上波形1的对应的示波器量度为250V/div,而不是图中所显示的500mV/div)。 从图5可以清楚地看到锁相的过程,初始的时候逆变器输出相位超前于市电,所以,用比较大的输出周期来逐步锁定输入电压相位,锁定之后则以输入电压相同的周期输出,实现了同频同相。 4 结语 本文分析和讨论了逆变器中的数字锁相技术,并用DSP实现了逆变器的数字锁相,从实验波形可以看出,该方法较好地解决了电压同步锁相的问题,电路结构简单。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/dsp/200703/9524.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved