基于基于DSP的软件锁相环的实现的软件锁相环的实现
针对传统锁相环存在硬件电路复杂、易受外界环境干扰及锁相精度不高等问题,介绍了一种基于数字处理器
TMS320F2812实现对电网电压软件锁相功能的设计方案,并给出了过零检测电路和部分软件设计流程图。
0 引言引言
准确获取电网基波及谐波电压的相位角,在
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1.1 工作流程
基于DSP的软件锁相环设计此方案的基本思路是通过采样电压过零点获取同步信号,采用DSP 内部定时器的循环计数产
生同步信号来实现压控振荡器和分频器的功能,即通过改变定时器的周期或最大循环计数值的方法来改变同步信号的频率和相
位,同时对电压进行A/D 转换及数据处理,得出基波及谐波电压的相位与频率,调整SPWM 正弦表格指针地址完成对基波及
谐波电压的锁相功能,其工作流程如图1 所示。
通常,过零信号可以通过检测电网三相电压中任一相的过零点获取。在图1 中,以检测A相电压过零点作为过零信号,将
通过上升沿捕捉及软件滤波后产生的中断作为采样周期同步信号,当DSP内部时钟倍频后产生的中断在捕获到输入电压信号
在过零点时,将发正弦信号的指针归零,以保证输入电压信号过零时DSP发出的基准正弦信号也同步过零,从而实现相位同
步。本文采用SPWM 触发模式,基准正弦信号是一个正弦数据表格,控制逆变器输出的基准点;同时采样电压信号,经DSP
进行FFT计算分析其相位和频率、基波及谐波与A相电压过零点相位差,通过修改定时器周期寄存器来改变SPWM 输出时正弦
波的频率;以修改比较寄存器来改变SPWM 输出时正弦波的相位,这样完成了对基波及谐波电压的相位锁定。
1.2 过零检测电路的设计
过零信号对系统相位捕捉的精准性影响较大,系统设计时采用软硬件结合的办法实现对过零信号的捕捉。获取过零信号实
质上是为了给系统提供一个同步信号,即每次信号过零时启动A/D转换。在本设计中,过零检测电路采集A相电压每个周期的
过零点作为系统产生的中断信号CAP1,使中断服务程序开始执行,图2 为电压信号过零检测电路。
图2 中,在比较器芯片LM339 的输出端选择加装了上拉电阻,主要是考虑到整个电路对驱动、功耗和速度的要求。电阻
R7和R8构成一个滞回比较器,输出信号通过反馈电阻R7 改变同相端的参考电压,以消除输入信号正反过零产生的抖动。
1.3 过零捕捉的软件实现
过零检测主要解决的是采样同步问题,当检测到的电压信号由负到正过零时,比较器芯片LM339 输出端产生上升沿,将
此信号输入到DSP2812 事件管理器EVA 的引脚CAP1。引脚CAP1 在系统初始化程序中预设置为上升沿触发中断,因此当过
零信号到来时,CAP1中断子程序开始执行,开启事件管理器EVA 的TIMER 周期中断,周期设置为驻T/128 s(每周期采样
128 个点),触发A/D 模块采样。其中,驻T 为CAP1 捕捉到的两个过零检测信号上升沿的间隔时间,等于电网待测信号的周
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