2 控制系统硬件电路设计

　　控制系统是APF的核心部分,它直接决定APF的性能指标和补偿效果。为了满足APF控制系统实时性和准确性的要求,文中采用了以“DSP+CPLD”为核心的数字化控制系统。该控制系统硬件电路主要由核心控制系统模块、数据采集电路、同步检测电路、PWM隔离驱动电路、硬件保护电路、I/O接口电路、通信电路、电源等电路组成。并联型APF的控制系统如图2所示。

　　核心控制系统模块,主要由一片高性能32位定点DSP芯片TMS320LF2812和一片CPLD芯片EPM7256AE以及相关外围电路组成。其主要功能是:将数据采集电路输出的模拟信号转换为数字信号,计算出补偿指令电流,然后生成并发出控制逆变器的PWM驱动脉冲信号,并且根据不同的故障状态产生不同的保护动作,协调系统内部的逻辑、扩展I/O接口、简化外围电路等功能。

　　数据采集电路,主要负责电压、电流等模拟信号的转换等处理。由于被检测的电压电流数值比较大,数值远超过DSP允许的输入信号范围,因此,需要把这些模拟电信号降低,并将电流量变换为电压量,双极性信号变成单极性信号,并进行电平匹配,A/D转换后送入DSP进行运算。实现方法简述如下:电压、电流信号(包括两个直流母线电压、三个负载电流以及三个补偿器输出电流)经电流型霍尔传感器变换后,在高精度采样电阻上形成与原信号成比例的电压信号,再经滤波、隔离、电平变换后,得到0～3V模拟量输入电压,最后经12位A/D变换后进入DSP内处理。模拟量输入调理电路如图3所示。

　　同步检测电路,主要功能是产生与电网电压频率、相位相同的同步工作脉冲信号以及256倍电网基波频率的A/D同步启动信号。实际中,由于电网的频率总会在50Hz上下发生波动,因此为保证电网参数计算的准确性,在测量过程中需要跟踪电网频率的变化,随时修正A/D的采样周期,以保证采样速率不变。同步检测电路实质上是一个过零电压比较器,将一相电源交流输入信号变换成方波信号,实现三相电源电压的相位检测,利用方波信号的跳变触发DSP产生中断,以便计算电网频率和控制DSP的A/D转换时刻。