ZHCACV2 july   2023

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2硬件要求
    1. 2.1 所需的硬件和测试仪器
    2. 2.2 设计中使用的微控制器资源
    3. 2.3 TIDA-01606 REV-6 的硬件更改
    4. 2.4 TMDSCNCD263 controlCARD™ 更改
  6. 3软件
    1. 3.1 固件入门
      1. 3.1.1 打开 Code Composer Studio 工程
      2. 3.1.2 软件架构
      3. 3.1.3 工程文件夹结构
    2. 3.2 SysConfig 设置
      1. 3.2.1  EPWM 配置
      2. 3.2.2  EPWM 事件触发中断
      3. 3.2.3  计时器配置
      4. 3.2.4  SDFM 配置
      5. 3.2.5  ADC 配置
      6. 3.2.6  CMPSS 配置
      7. 3.2.7  EPWM XBAR 配置
      8. 3.2.8  ECAP 配置
      9. 3.2.9  输出 XBAR 配置
      10. 3.2.10 输入 XBAR 配置
    3. 3.3 中断和实验结构
      1. 3.3.1 ISR1
      2. 3.3.2 ISR1 - 实验 3
      3. 3.3.3 ISR2
    4. 3.4 保护方案
    5. 3.5 CPU 负载
    6. 3.6 构建、加载和调试固件
  7. 4实施优化
  8. 5测试和结果
    1. 5.1 实验 1
    2. 5.2 测试逆变器运行情况
      1. 5.2.1 实验 2 和实验 3
      2. 5.2.2 实验 3 性能
      3. 5.2.3 逆变器中断基准测试
      4. 5.2.4 实验 4
    3. 5.3 测试 PFC 运行情况
      1. 5.3.1 实验 5
        1. 5.3.1.1 Memory Browser - 持续刷新
      2. 5.3.2 实验 6
      3. 5.3.3 实验 7
      4. 5.3.4 实验 7 中的 PFC 运行测试结果
      5. 5.3.5 PFC 中断基准测试
  9. 6参考文献

3.1.2 软件架构

工程流程包含使用 AM263x SysConfig 工具和 MCU_PLUS_SDK_AM263x 对片上系统 (SOC) 的所有外设时钟和子模块进行初始化的过程。节 3.2讨论了如何初始化该设计中使用的外设 IP，如 EPWM、ADC、CMPSS、GPIO、SDFM 等。

此软件包含 2 个 ISR 和 1 个后台任务。图 3-2 中介绍了代码流程。ISR1 计划每 20μs 运行一次，ISR2 计划每 1ms 运行一次。ISR1包含节 3.3.1中所述的主控制环路。ISR2 包含辅助控制功能，如计算用于后台监视的相电流和电压的 RMS 值，节 3.3.3对此进行了说明。

GUID-20210222-CA0I-LFPL-JM1N-TDGM1CQ95D3S-low.gif图 3-2 软件方框图

该工程有两个版本的 ADC 检测数据，具体取决于 controlCARD 的版本（E1 和 E2）。如果正在使用的电路板是 controlCARD 的 E1 版本，则启用宏 AM263x_CC_E1。或者，如果正在使用的电路板是 controlCARD 的 E2 版本，则启用宏 AM263x_CC_E2。这些宏设置在 Source/Includes 文件夹中的 tinv_user_settings.h 文件中定义。根据使用的电路板版本选择 .syscfg 文件，并从构建中排除另一个文件：对于 E1 controlCARD，此文件为 tinv_AM263x_E1.syscfg；对于 E2 controlCARD，此文件为 tinv_AM263x_E2.syscfg。

后台任务分为四个部分 – A1、B1、B2 和 B3。每次所连接的计时器溢出时，即延迟为由 RTI 计时器控制的 1ms，都会执行 A1。之前在 C2000 架构中使用 A1 来运行 SFRA 环路，目前 A1 保持开路，因为不支持 SFRA。

B1、B2 和 B3 通过带有 RTI 计时器的 1ms 延迟控制器依次执行。节 3.2.3对此配置进行了说明。B2 任务通过捕获 ISR 上的 GPIO 高波形和低波形，使用 ECAP 计算 ISR1 和 ISR2 的 CPU 负载时间和平均 CPU 负载时间。B3 任务监视连接到 TIDA-01606 的风扇和继电器控制。B1 任务更新系统的故障状态。通过将宏 TINV_PROTECTION 设置为 TINV_PROTECTION_ENABLED，可启用此设置。默认情况下，实验 1 禁用此步骤，而其他实验则启用此步骤。有关这方面的更多信息，请参阅节 3.4。

以下库取自 C2000 Digital Power SDK 工具套件，并集成了逆变器演示工程。

  • Transforms 库：此库用于执行 Clarke 和 Park 变换函数。三相交流波形具有三种不同的量，因此很难控制输出波形并在全部三个波形之间实现同步。因此，必须将波形转换为直流域，以应用与控制增益相关的计算。
    • ABC 至 DQ → Clarke + Park 变换。这会将三相量转换为旋转坐标系中的直流量，以实现正序列和负序列。
    • DQ 至 ABC → 逆向 Park + 逆向 Clarke 变换。这会将旋转坐标系中的直流量转换为时域中的三相量。这两种变换完全通过软件计算实现。
  • Rampgen 库：此库提供一组可生成所需频率的斜坡信号的函数。在逆变器运行模式下，需要使用基准斜坡信号来计算 50Hz 正弦波输出所需的 PLL 角度。
    GUID-20230406-SS0I-MHM3-3ZLF-VHMVG4XRST50-low.png图 3-3 Rampgen 模型
  • SPLL – 软件锁相环 (PLL)：这款基于软件的 PLL 代码基于三相电网连接的同步坐标系。首先，检测并记录三个相电压 A、B 和 C。然后将这些电压转换为直流分量 D 和 Q。要确保三相系统是同步的；Q 值必须接近零。SPLL 使用该设定点生成下一个 θ，以提供有效输出。适用于三相并网应用并采用 C2000™ 微控制器的软件锁相环设计 应用手册中对这些信息进行了深入介绍。
    GUID-F800A059-E7D4-4C30-A65D-A634C35E4A7C-low.svg图 3-4 控制 ISR 中的 SPLL 使用流程
  • PIC 控制器库：本演示使用比例积分控制环路 (PI) 来维持输出电流。用户为系统选择基准电流值。无论输入如何，PI 控制器都必须在系统中保持该电流。可根据 Ia、Ib 和 Ic 计算 Id 和 Iq 值。现在将生成的 Id 与基准 Id 进行比较，并计算出误差。接下来，确定 PWM 的脉冲宽度，从而调节输出电流。图 3-5 显示了电流控制环路的方框图。10kW 双向三相三级（T 型）逆变器和 PFC 参考设计 设计指南的控制设计部分介绍了 PIC 控制器的计算。
GUID-20230406-SS0I-K419-W7VH-HNSFR6BBZJNN-low.png
其中：
  • i*i_d = 电流基准
  • Ki_gain = 电流检测标量，是最大电流检测值的倒数
  • Ki_fltr 是在电流检测路径上连接的滤波器。电流检测标量，是最大电流检测值的倒数
  • Kvbus_gain = 总线的电压检测标量，是最大电压检测值的倒数
  • Kvg_gain = 电网电压的电压检测标量，是最大电压检测值的倒数
图 3-5 Id 电流环路模型