基于CPLD的光伏逆变器锁相及保护电路设计

　　2.2 数字滤波器

　　计数器可设计成一个17位可编程(可变模数)可逆计数器，计数范围为23～217，可由外部置数DCBA控制。其输入频率fk=Mfc。当鉴相器输出Vd为高电平时，K模计数器进行减计数，计数到“0”时，输出一个借位脉冲DN;而当鉴相器输出Vd为低电平时，K计数器进行加计数，当计数到某一设定值“DCBA”时，将输出一个进位脉冲UP。UP和DN可作为脉冲加/减电路的“加”和“扣”脉冲控制信号。

　　2.3 数控振荡器

　　本电路由D触发器、JK触发器和与门、或门等电路组成。当数字滤波器UP输出端输出一个进位脉冲时，系统便在INC下降沿到来后，在脉冲加/减电路的输出端fout插入一个脉冲信号，也就是使相位提前半个周期;反之，当数字滤波器DN端输出一个借位脉冲时，在DN下降沿到来后，系统就会在脉冲加/减电路的输出序列中扣除一个脉冲信号，也就是使相位滞后半个周期，且这个过程是连续发生的。这样，脉冲加，减电路的输出经N分频器模块(ncount)分频后，即可使输出信号的相位接受调整控制，最终达到锁定。当环路锁定后，输出与输入信号之间会存在一定的相位误差。

　　3 保护电路的设计与实现

　　本系统中的保护电路主要由PWM波形监视模块和系统参数监视模块组成，其保护电路结构如图3所示。

　　图3中的脉宽异常检测模块由3个9位使能计数器组成，DSP输出的三路PWM信号分别作为计数器的使能信号输入。当控制信号有效时，计数器开始计数，计数器的上限值为400，即200μs，当控制信号的有效宽度小于200 μs时(在本系统中DSP的控制周期为55μs)，即认为该PWM波正常，系统会将控制信号直接输出;如果大于200μs，则认为PWM波出现异常，此时系统将立即切断PWM波的有效输出而停机.并把异常中断信号和异常状态码信息报告给DSP。共态导通模块可用于监视逆变器系统，从而控制半桥高低端的两路对称SPWM波信号，保证这两路信号输出不会出现共态导通的情况。另外，由模拟比较器产生的系统过电压、过电流和温度异常等报警信号，经过数字滤波后，将送人PWM波处理模块。这样，在系统出现异常时，即可由CPLD实现硬件上的停机保护动作。

　　图4所示是保护电路的系统顶层图。图5所示是该保护电路的仿真波形。

　　4 结束语

　　本文介绍了基于CPLD的光伏并网逆变器的锁相及保护电路的设计与实现方法，该电路目前已经在项目组的5 kW光伏并网逆变器中成功运用，实际使用证明，该电路可为系统的长时间稳定运行提供可靠的保障。