基于DSP的SVC控制模块设计

吴 骏，程增艳

（中船重工七二二研究所 湖北 武汉 430079）

DSP控制板是SVC控制器的核心，它需要采集系统电压、电流等物理量，由数据处理软件根据这些物理量的值计算出控制所需要的信号，由控制算法软件计算出控制量，并以开关（数字）信号或者模拟信号的形式输出给后边的执行器。DSP控制板的任务是输出TCR的控制角电压给TCR和TSC的触发电路。因此，控制板上除了所选用的DSP芯片和必要的存储器外，还要具备足够的A/D输入、D/A输出、开关量输出通道等外围电路[1]。

1 DSP控制模块设计

1.1 DSP控制模块组成结构

根据TCR型SVC控制器的任务要求，SVC控制板的CPU采用TI公司的TMS320F28335。外围还有可编程逻辑阵列XC95144TQ144，6路12位D/A输出，16路光耦隔离开关量输入，16路开关量输出，64kSRAM，3路过零检测，RS232和RS485异步串行通信接口，网口，CAN总线等。板上还具有看门狗和电源监测电路，增强了控制器的容错功能。

TMS320F28335芯片是目前为止用于数字控制领域性能最好的DSP芯片之一，最高主频可达150 MHz，可满足高速实时控制任务的需要。此外，由TMS320F28335芯片实现的SVC控制器具有集成度高、所需外扩资源最小的特点，这样必将大大降低成本和提高系统可靠性。基于TMS320F28335的SVC控制器板的硬件框图如图1所示[2]。

图1 控制板硬件原理框图Fig.1 Hardware block diagram of control panel

为了使整个控制系统具有高可靠性，除了采用高可靠的元件、注意电磁兼容的设计要求外，还采用自检与容错技术。DSP内置看门狗、以及独立的电源监测电路，大大增强了控制器容错的功能。本该系统中，利用片内128 kB×16位的Flash存储器作为程序存储器，片内18 kB×16位的静态存储器作为数据存储器，另扩展了两片IS61LV25616AL-10TI静态存储器以作为数据记录用。扩展了一串行EEPROM，用于存放设置的控制参数。此外，还利用DSP的GPIO口扩展了16路隔离的开关量输入口，16路隔离的开关量输出口[3-4]。两路串行接口，均可设置为RS-232或RS-485模式，1路CAN接口。3路系统相电压、3路系统相电流和3路TCR相电流经隔离滤波后送ADC，通过交流采样计算其有效值的大小，以及计算瞬时有功电流与瞬时无功电流。此外，3路系统电压经过整形后，变成3路方波信号，分别送至DSP的中断口，作为同步信号，用于完成对晶闸管的移相触发。并完成对交流信号频率（周期）的测量，通过软件分频，使采样频率与交流信号的频率同步。

1.2 硬件设计

1.2.1 开关量输入输出电路

开关量输入输出电路负责采集外围的数字信号，并输出跳闸、报警等信号；DSP通过开关量输入电路及板上的RS485接口获取控制命令，在不同的控制模式下对采样数据进行处理计算，产生高精度的触发脉冲，并将脉冲由电信号转换为光信号，输出给触发板，控制晶闸管的开通。同时接收触发板反馈的元件状态信号，并结合各采集量对系统进行故障诊断；开关量输入、输出电路分别如图2和3所示。

图2 开关量输入电路Fig.2 Switch input circuit

图3 开关量输出电路Fig.3 Switch output circuit

6N137为光耦合器，使前端与负载完全隔离，在于增加安全性，减少电路干扰。

SN75451为功率驱动器，增强开关量的驱动能力。

1.2.2 模拟量输入电路

模拟量输入电路SVC与系统连接点的电压、电流和TCR阀组电流等模拟信号的采集和转换；检测量经过各自互感器后变成了弱电信号，经隔离、滤波、放大、调理送到模拟数字转换器（AD转换器），经过转换存入存储器中。然后由DSP完成数字信号处理工作。本设计采用的AD芯片是AD7656。

如图4所示，AD7656输入6路模拟信号，经过CPLD处理过的ADCONV信号与AD7656的CONVST引脚连接，AD7656的BUSY信号经过CPLD后，再送到DSP芯片。这样，首先由DSP芯片控制AD芯片的转换频率，置ADCONV信号高电平，启动AD芯片，DSP不断检测BUSY信号，当检测到BUSY信号为低电平时，就依次从数据总线上读取六路转换后的数字信号[5]。

图4 模拟量输入电路Fig.4 Analog input circuit

1.2.3 模拟量输出电路

本设计采用两片DAC7724实现8路模拟量输出。电路如图5所示[6]。

图5 模拟量输出电路Fig.5 Analog output circuit

1.2.4 通讯接口电路

CAN总线是一种串行通信协议，具有较高的通信速率和较强的抗干扰能力，本设计使用SN65HVD235电平转换器件，实现不同电平节点的完全兼容。

本设计使用RTL8019AS实现网口通讯，方便控制模块与上位机通讯。

设计中使用两片MAX3378扩展了两路串口。

1.3 控制器软件设计

本控制器立足实际，为确保工程上的可靠实现，其软件的设计力求简单可靠，确保实现SVC的主要基本功能。软件程序模块分过零触发程序模块、采样子程序模块及有功无功功率因数的计算子程序模块等。程序按结构化程序设计，采用C语言编写，不但使得程序编写修改起来方便，而且使得读者更易理解，大大地缩短了该系统软件的开发周期，同时也使得该系统软件的实用性更强[7]。

2 结 论

笔者立足实际，是对SVC控制模块进行研究，文中详细介绍了SVC主电路的设计，开发了基于TMS320F28335的控制系统，给出了设计参数和具体电路，对类似应用具有较大的参考价值。文中所设计的动态型静止无功补偿装置控制系统具有运行可靠、控制精度高、调节时间短，实时性好等特点，可实现有效精确跟踪负荷的无功功率动态变化并且做出相应补偿的目的。

[1]王兆安，刘进军.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展[J].电力电子技术，1997，2（1）：102-106.WANG Zhao-an，LIU Jin-jun.Advances of harmonic suppression and reactive power compensation technique for power electronic equipment[J].Power Electronics，1997，2（1）:102-106.

[2]杨绿溪.现代数字信号处理[M].北京：科学出版社，2007.

[3]雷晓瑜，曹广忠.TMS320F28335及其最小应用系统设计[J].电子设计工程，2009，17（1）:91-92，95.LEI Xiao-yu，CAO Guang-zhong.Design of TMS320F28335 and its minimum application system[J]. Electronic Design Engineering，2009，17（1）:91-92，95.

[4]Texas Instruments.TMS320F28335/TMS320F28334/TMS320 F28332 Digital Controllers Data Sheet[EB/OL].（2007）.http://www.ti.com.

[5]ANALOG.AD7656 Data Sheet[EB/OL].（2005）.http://www.analog.com.

[6]ANALOG.AD7724 Data Sheet[EB/OL]. （2005）.http://www.analog.com.

[7]朱金奇.TCR+FC型SVC原理及应用[J].电气传动自动化，2007（3）:57-58.ZHU Jin-qi.The basic principle and application of FCR+FC type SVC[J].Electric Drive Automation，2007（3）：57-58.