基于雙mcu數(shù)控逆變電源及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子與自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是設(shè)及一種基于雙MCU數(shù) 控逆變電源及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子與自動(dòng)化控制行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)數(shù)控逆變電源控制技術(shù)的要求逐 漸的提高，一個(gè)高質(zhì)量、良好的逆變電源需要具備一定的條件:輸入高功率因素;輸出低阻 抗;穩(wěn)態(tài)時(shí)精度高;暫態(tài)時(shí)響應(yīng)快;穩(wěn)定性好河靠性高;實(shí)時(shí)性控制好;電磁干擾性小;具有 較高的效率;而數(shù)字化控制技術(shù)W及軟件控制算法是解決現(xiàn)有數(shù)控逆變電源問題的重要方 法。
[0003] 為解決上述問題，授權(quán)公告號(hào)為授權(quán)公告號(hào)CN 202475301 U公開了一種逆變電 源，包括推挽變換器、DC/AC橋式轉(zhuǎn)換器、輸入電壓采樣模塊、輸出電壓采樣模塊，W及MCU控 制模塊，該MCU控制模塊分別與所述輸入電壓采樣模塊、所述輸出電壓采樣模塊及所述輸出 電流采樣模塊連接，采集來自上述S個(gè)模塊輸出的所述信號(hào)，并將采集的所述信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換;還與PWM驅(qū)動(dòng)模塊連接，并能夠根據(jù)采集的所述輸出電流采樣模塊的所述輸出電流及 所述輸入電壓采樣模塊的所述輸出電壓調(diào)整所述PWM控制信號(hào)，并將所述PWM控制信號(hào)輸出 至所述PWM驅(qū)動(dòng)模塊，調(diào)節(jié)PWM占空比，使得所述推挽變換器的輸出電壓能夠跟隨所述輸入 電壓及所述輸出電流變化。該種逆變電路采用單個(gè)MCU來實(shí)現(xiàn)一個(gè)多功能的數(shù)控逆變電源， 雖然在硬件設(shè)計(jì)上比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的可靠性、性能、W及效率將會(huì)下降并且軟 件編程也較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種基于雙MCU數(shù)控逆變電源及控制方 法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:基于雙MCU數(shù)控逆變電源，其特征在 于:包括主回路、雙MCU控制器、ADC采集模塊、外接控制器。
[0006] 主回路包括Boost升壓電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路和H橋逆變電路，該Boost升壓電路與電 源模塊連接，H橋驅(qū)動(dòng)電路與Boost升壓電路連接，用于把Boost升壓電路輸出的直流電壓進(jìn) 行相位變換后輸出的交流電壓輸送至H橋逆變電路；
[0007] ADC采集模塊用于采集Boost升壓電路的電壓信號(hào)，并經(jīng)過濾波整形后輸出至雙 MCU控制器；
[000引雙MCU控制器，包括主MCU和從MCU，所述主MCU與ADC采集模塊連接用于接收ADC采 集模塊采集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行信號(hào)處理后轉(zhuǎn)成PWM輸出，所述從MCU為與外界控制器連接、 同時(shí)與上位機(jī)之間通信，該主MCU和從MCU通過SP巧郵ART進(jìn)行雙機(jī)通信，且有在主MCU更新 數(shù)據(jù)時(shí)才與從MCU通訊。
[0009] 優(yōu)化的，主MCU為Piccolo系列DSP控制器，從MCU為NuMicro NUC140控制器。
[0010]優(yōu)化的，主MOJ根據(jù)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的P歷信號(hào)由；路輸出，分別輸入Boost升壓電 路、H橋驅(qū)動(dòng)電路和H橋逆變電路。
[0011] 優(yōu)化的，外接控制器包括顯示器和鍵盤。
[0012] 優(yōu)化的，還包括輔助電源，該輔助電源與雙MCU控制器連接。
[0013] 優(yōu)化的，ADC采集模塊后級(jí)設(shè)有一個(gè)錯(cuò)位二極管。
[0014] 基于雙MCU數(shù)控逆變電源的控制方法，其特征在于:權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的 基于雙MCU數(shù)控逆變電源，更新數(shù)據(jù)時(shí)具體步驟如下：
[001引步驟1，控制設(shè)備通過從MCU向主MCU發(fā)送預(yù)設(shè)值；
[0016] 步驟2，輸入Boos t升壓電路的PWM控制信號(hào)中斷；
[0017] 步驟3,通過ADC采集模塊采集的Boost升壓電路的電壓信號(hào)，并將采集信號(hào)傳輸至 主 MCU;
[0018] 步驟4，主MOJ根據(jù)ADC采集模塊采集信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，調(diào)節(jié)后發(fā)回一個(gè)數(shù)據(jù)給從MCU、 同時(shí)調(diào)節(jié)后數(shù)據(jù)也將給輸出新的PWM控制信號(hào)，改變PWM的占空比；
[0019] 步驟5，Boost升壓電路根據(jù)更新的PWM控制信號(hào)將電源模塊進(jìn)行直流電壓升壓轉(zhuǎn) 換輸出電壓達(dá)到預(yù)定的值。
[0020] 進(jìn)一步的，步驟3中ADC采集模塊采樣時(shí)，硬件上采用低通濾波器進(jìn)行濾波處理，同 時(shí)進(jìn)行軟件的濾波，該軟件濾波是用AD采集十個(gè)數(shù)據(jù)，先對(duì)數(shù)據(jù)處理先進(jìn)先出保持只有十 個(gè)數(shù)在對(duì)十個(gè)數(shù)求平均的算法。
[0021 ] 進(jìn)一步的，步驟4主MCU計(jì)算時(shí)加入PID進(jìn)行計(jì)算。
[0022] 進(jìn)一步的，步驟4主MOJ計(jì)算時(shí)，PWM使用面積等效法產(chǎn)生一系列的等高不等寬的矩 形波，最后通過查表的方式來實(shí)現(xiàn)SPWM逆變。
[0023] 由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，本發(fā)明提供的基于雙MCU數(shù)控逆變電源及控制方法， 其主MCU與從MCU之間通過SPI和UART進(jìn)行高速雙機(jī)通信，其中主MCU用于多種開關(guān)電源拓?fù)?結(jié)構(gòu)的PWM脈沖信號(hào)輸出故障保護(hù)輸出與檢測(cè)信號(hào)輸入，W及多路直流、交流、脈沖模擬量 的輸入與檢測(cè)，從MCU則用于與外界控制器連接，實(shí)現(xiàn)廣泛的連接特性，同時(shí)能夠大大降低 主MCU的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)逆變電源的高可靠性，高效率，低成本的數(shù)字化控制;此外主MCU只有在 更新數(shù)據(jù)時(shí)才與從MCU通訊，大多數(shù)時(shí)間是在采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化代碼的編寫程序并 可實(shí)現(xiàn)多人合作共同獨(dú)立編寫程序。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明基于雙MCU數(shù)控逆變電源的總體框圖。
[0025] 圖2為Boost升壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖3為H橋逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與原理圖。
[0027] 圖4為基于雙MCU數(shù)控逆變電源的控制流程圖。
[002引圖5為查表方式產(chǎn)生SPWM的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] W下通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0030] 參照?qǐng)D1所示，基于雙MCU數(shù)控逆變電源，包括主回路、雙MCU控制器、ADC采集模塊、 外接控制器、輔助電源，其中主回路包括Boost升壓電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路和H橋逆變電路，外接 控制器包括顯示器和鍵盤；
[0031] Boost升壓電路與電源模塊連接，當(dāng)控制MOSFET管S2在導(dǎo)通狀態(tài)下，則輸入電壓化 將會(huì)W恒定的電流對(duì)電感L進(jìn)行儲(chǔ)能，同時(shí)二極管S2反向截止，保證電感儲(chǔ)能正常，使輸出 電容C2對(duì)負(fù)荷供電。當(dāng)控制MOSFET管S2處于斷開狀態(tài)下，則輸入電壓化和電感L上積蓄的能 量一起對(duì)負(fù)載供電，運(yùn)樣就可W達(dá)到升壓的目的。
[0032] Boost變換電路的輸出電壓為：
[0034] 其中a表示為MCU輸出PMW波形的占空比，Uo表示為Boost變換電路的輸出電壓，Us表 示為Boost變換電路的輸入電源；
[0035] H橋驅(qū)動(dòng)電路與Boost升壓電路連接，用于把Boost升壓電路輸出的直流電壓進(jìn)行 相位變換后輸出的交流電壓輸送至H橋逆變電路，主要是通過控制器對(duì)MOSFET的開通和關(guān) 斷頻率來實(shí)現(xiàn)直流電源轉(zhuǎn)化為交流電源，當(dāng)控制MOS陽(yáng)T管Si和S2同時(shí)導(dǎo)通，MOS陽(yáng)T管S3和S4 同時(shí)關(guān)斷時(shí)，則輸出電壓化將輸出一個(gè)正值交流信號(hào)，當(dāng)控制MOSFET管S3和S4同時(shí)導(dǎo)通， MOSFET管Si和S2同時(shí)關(guān)斷時(shí)，則輸出電壓化將輸出一個(gè)負(fù)值交流信號(hào)，運(yùn)樣就能輸出交流信 號(hào)，交流信號(hào)的頻率是通過控制器的調(diào)節(jié)載波頻率來控制正弦信號(hào)頻率，正弦信號(hào)的幅值 是通過控制器的載波幅值來控制；
[0036] ADC采集模塊用于采集Boost升壓電路的電壓信號(hào)，并經(jīng)過濾波整形后輸出至雙 MCU控制器，ADC采集模塊輸入電壓要求不得超過3.3V，然而很多時(shí)候外界輸入電壓并不是 控制器所需要的電壓0-3.3V內(nèi)，因此需要用一個(gè)運(yùn)放電路來放大或者縮小信號(hào)，使得信號(hào) 可W在需要的電壓范圍內(nèi)，在ADC采集模塊后級(jí)后級(jí)加一個(gè)錯(cuò)位二極管使得電壓達(dá)到忍片 需求的電壓值范圍內(nèi)；
[0037] 雙MCU控制器，包括主MCU和從MCU，主MCU為Piccolo系列DSP控制器，從MCU為 NuMicro NUC140控制器，所述主MCU與ADC采集模塊連接用于接收ADC采集模塊采集的系統(tǒng) 數(shù)據(jù)并進(jìn)行信號(hào)處理后轉(zhuǎn)成PWM輸出，主MOJ根據(jù)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的PWM信號(hào)由S路輸出，分別 輸入Boost升壓電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路和H橋逆變電路，所述從MCU為與外界控制器連接、同時(shí)與 上位機(jī)之間通信，該主MCU和從MCU通過SP巧郵ART進(jìn)行雙機(jī)通信，且有在主MCU更新數(shù)據(jù)時(shí) 才與從MCU通訊。
[0038] 輔