基于TMS320F28335 DSP的单相并网逆变器

一、系统架构与硬件配置

1. 主控芯片
   • TMS320F28335：32位浮点DSP，主频150MHz，集成ePWM、ADC、CAP等外设。
2. 功率拓扑
   • DC-DC级：Boost升压电路（输入48V光伏模拟，输出400V DC）。
   • DC-AC级：单相全桥逆变电路，双极性SPWM调制。
3. 关键外设
   • ADC采样：12位精度，采集光伏电压/电流、电网电压、直流母线电压。
   • ePWM模块：生成SPWM波，驱动H桥IGBT（死区时间通过DB模块配置）。
   • eCAP模块：捕获电网电压过零点，实现软件锁相环（SPLL）。

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二、核心算法实现

1. 最大功率点跟踪（MPPT）

采用扰动观察法（P&O），每100ms更新占空比：

// MPPT核心逻辑（perturb_and_observe.c）
void MPPT_Update(float V_pv, float I_pv) {
    static float P_prev = 0, D_prev = 0.5;
    float P_new = V_pv * I_pv;
    float delta_D = 0.01;  // 扰动步长
    
    if (P_new > P_prev) {
        // 功率增加则保持扰动方向
        g_DutyCycle = (V_pv < V_ref) ? D_prev + delta_D : D_prev - delta_D;
    } else {
        // 功率减少则反转方向
        g_DutyCycle = (V_pv < V_ref) ? D_prev - delta_D : D_prev + delta_D;
    }
    D_prev = g_DutyCycle;
    P_prev = P_new;
    EPwm_setDuty(EPWM1_BASE, g_DutyCycle * 100);  // 更新Boost占空比
}

参数说明：

• V_ref：MPPT目标电压（默认400V）
• 保护机制：输入欠压（<30V）时暂停MPPT

2. 软件锁相环（SPLL）

实现电网同步，控制并网电流同频同相：

// SPLL实现（spll.c）
void SPLL_Run(float V_grid) {
    static float theta = 0, error_prev = 0;
    float error = (V_grid > 0) ? 0 : 1;  // 过零检测
    
    // PI调节器更新频率
    float Kp = 0.1, Ki = 0.01;
    float delta_theta = Kp * (error - error_prev) + Ki * error;
    theta += delta_theta;
    
    // 生成单位正弦表
    g_SinTable[g_index] = sinf(theta);
    g_index = (g_index + 1) % TABLE_SIZE;
    error_prev = error;
}

3. 电流环控制（重复控制器）

抑制周期性谐波，提升THD性能：

// 重复控制器（repetitive_control.c）
void RC_Update(float I_grid, float I_ref) {
    static float error_buf[RC_BUF_SIZE] = {0};
    static int ptr = 0;
    
    float error = I_ref - I_grid;
    error_buf[ptr] = error;  // 存储误差
    
    // 累加历史周期误差
    float sum = 0;
    for (int i = 0; i < RC_BUF_SIZE; i++) {
        sum += error_buf[i];
    }
    g_I_control_out = K_rc * sum;  // 重复控制输出
    ptr = (ptr + 1) % RC_BUF_SIZE;
}

参考 基于2833的单相并网逆变器源程序 www.youwenfan/contentcna/70772.html

三、关键外设驱动配置

1. ePWM生成SPWM

配置步骤：

// ePWM初始化（epwm_config.c）
void EPWM_Init() {
    EPwm_setTimeBase(EPWM1_BASE, 0, 3000);  // 载波频率10kHz (150MHz/3000)
    EPwm_setActionQualifier(EPWM1_BASE, 
        EPWM_AQ_OUTPUT_HIGH,   // 计数增时高电平
        EPWM_AQ_OUTPUT_LOW,    // 计数减时低电平
        EPWM_AQ_OUTPUT_TOGGLE  // 对称模式
    );
    EPwm_enableDeadBand(EPWM1_BASE, 100);  // 死区时间100ns
}

2. ADC采样优化

• 电路设计：霍尔传感器 → 二阶滤波 → 电平抬升（-1.5V~1.5V → 0~3V）。

• 软件校准：采用FFT算法消除直流偏置及谐波干扰：

  float FFT_Calibrate(float adc_raw) {
      arm_cfft_radix4_instance_f32 fft_inst;
      arm_cfft_radix4_init_f32(&fft_inst, FFT_SIZE, 0, 1);
      arm_cfft_radix4_f32(&fft_inst, fft_input);  // 执行FFT
      fft_input[0] = 0;  // 清除直流分量
      arm_cfft_radix4_f32(&fft_inst, fft_input, 1);  // 逆变换
      return fft_input[0];
  }
  

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四、保护机制与故障处理

1. 硬件保护
   • 过流保护：电流>20A时触发PWM刹车（ePWM的TZ模块）。
   • 过温保护：NTC测温 >85℃时关闭驱动。
2. 软件容错
   • 电网掉电检测：连续5周期无过零信号 → 切换至离网模式。
   • 自恢复逻辑：故障清除后自动复位PWM输出。

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五、人机交互与监控

1. TFT液晶显示

CPLD驱动4.3寸屏，实时显示参数：

• 波形：电网电压/电流波形、频谱。
• 参数：输入/输出功率、效率、THD、相位差。

2. 上位机通信

基于VB开发的上位机，通过SCI接收数据：

// 数据帧格式（0xAA起始，0x55结束）
#pragma pack(1)
typedef struct {
    uint16_t header;
    float V_pv, I_pv, P_out;
    uint8_t status;  // 故障标志
    uint16_t checksum;
    uint8_t footer;
} Telemetry_Frame;

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六、工程资源与调试建议

1. 源码结构

   DSP2833x_Project/
   ├── Libraries/          # DSP2833x外设库
   ├── MPPT/               # MPPT算法
   ├── SPLL/               # 锁相环实现
   ├── Inverter_Control/   # 电流环控制器
   ├── Drivers/            # ePWM/ADC驱动
   ├── Display/            # TFT液晶驱动
   └── main.c              # 主状态机
   

2. 关键调试技巧

   • SPWM波形验证：用示波器测量EPWM1A/1B引脚，确保死区时间无重叠。
   • 锁相精度测试：对比电网电压过零与CAP捕获中断时间差（应<50μs）。