电力电子电路的数字化控制技术
时间:08-30
来源:互联网
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3 FPGA在电力电子电路中的应用
现场可编程门阵列(FPGA)属于可重构器件,其内部逻辑功能可以根据需要任意设定,具有集成度高、处理速度快、效率高等优点。其结构主要分为三部分:可编程逻辑块、可编程I/O模块、可编程内部连线。由于FPGA的集成度非常大,一片FPGA少则几千个等效门,多则几万或几十万个等效门,所以一片FPGA就可以实现非常复杂的逻辑、替代多块集成电路和分立元件组成的电路。它借助于硬件描述语言(VHDL)来对系统进行设计,采用三个层次(行为描述、RTL描述、门级描述)的硬件描述和自上至下(从系统功能描述开始)的设计风格,能对三个层次的描述进行混合仿真,从而可以方便地进行数字电路设计,在可靠性、体积、成本上具有相当优势。比较而言,DSP适合取样速率低和软件复杂程度高的场合使用;而当系统取样速率高(MHz级)、数据率高(20 MB/S以上)、条件操作少、任务比较固定时,FPGA更有优势。FPGA 已应用于逆变器控制系统、直流电机调速、PWM控制[11]等。

图2 控制系统原理图
4 电力电子电路控制技术发展趋势
单片机、DSP、FPGA等在电力电子电路的控制系统中得到了广泛的应用,虽然它们较之模拟控制电路有许多共同的优良特性,但是它们也各有其独到之处。随着电力电子电路的日趋高频化和复杂化,上述芯片的单一采用往往难以达到期望的控制效果,因此,各种控制芯片的混合使用将成为控制电路的一个重要发展趋势。① 单片机+DSP结构。比如,在UPS中,DC/DC、AC/DC的控制可以采用单片机,而DC/AC的控制则采用运算速度和频率更高的DSP芯片。② DSP+FPGA结构。DSP具有软件的灵活性,而FPGA具有硬件的高速性,能够处理复杂算法。因此,本结构有助于在设计中协调软、硬件之间的关系,且对不同算法都有较强的适应能力。③ 嵌入DSP模块
的FPGA。将具有基本数字信号处理功能的DSP模块嵌入到FPGA中,这样FPGA提供的DSP性能可以达到每秒1280亿MAC,将大大高于目前主流DSP的性能。
参考文献:
彭力等.数字控制高频变换器的新颖PWM方法.中国电机工程学报,2001,21(10):47"51
王斯成等.3kW可调度型并网逆变器的研制.太阳能学报,2001,22(1):17"20
谭弗娃等.21世纪的电动机控制与电子技术展望.电气时代,2001,9:1"3
胡磊.小型UPS的数字控制和智能化研究[硕士学位论文].浙江大学,2002,4
常骏等.逆变器空间对称PWM信号微机实时控制方法.船电技术,2001,21(3):20~23
赵玲等.应用DSP抑制电力电子装置的谐波.华东电力,2000,28(8):14~16
林征宇.基于DSP的功率变换器控制的研究[硕士学位论文].浙江大学,2000,12
鲁欣等.数字电路设计方案的比较与选择.电子技术应用,2002,1:6"8
胡兵等.现场可编程门阵列在逆变器控制系统中的应用.同济大学学报,2002,30(1):97"100
范绿蓉等.基于FPGA的直流电动机调速系统的设计和实现.电气自动化,2001,23(3):15"16,35
[11] Dan Deng, et al. FPGA implementation of PWM pattern generators. Electrical and Computer Engineering, 2001 Canadian Conference on , Vol. 2 , 2001: 1279 "1284
现场可编程门阵列(FPGA)属于可重构器件,其内部逻辑功能可以根据需要任意设定,具有集成度高、处理速度快、效率高等优点。其结构主要分为三部分:可编程逻辑块、可编程I/O模块、可编程内部连线。由于FPGA的集成度非常大,一片FPGA少则几千个等效门,多则几万或几十万个等效门,所以一片FPGA就可以实现非常复杂的逻辑、替代多块集成电路和分立元件组成的电路。它借助于硬件描述语言(VHDL)来对系统进行设计,采用三个层次(行为描述、RTL描述、门级描述)的硬件描述和自上至下(从系统功能描述开始)的设计风格,能对三个层次的描述进行混合仿真,从而可以方便地进行数字电路设计,在可靠性、体积、成本上具有相当优势。比较而言,DSP适合取样速率低和软件复杂程度高的场合使用;而当系统取样速率高(MHz级)、数据率高(20 MB/S以上)、条件操作少、任务比较固定时,FPGA更有优势。FPGA 已应用于逆变器控制系统、直流电机调速、PWM控制[11]等。

图2 控制系统原理图
4 电力电子电路控制技术发展趋势
单片机、DSP、FPGA等在电力电子电路的控制系统中得到了广泛的应用,虽然它们较之模拟控制电路有许多共同的优良特性,但是它们也各有其独到之处。随着电力电子电路的日趋高频化和复杂化,上述芯片的单一采用往往难以达到期望的控制效果,因此,各种控制芯片的混合使用将成为控制电路的一个重要发展趋势。① 单片机+DSP结构。比如,在UPS中,DC/DC、AC/DC的控制可以采用单片机,而DC/AC的控制则采用运算速度和频率更高的DSP芯片。② DSP+FPGA结构。DSP具有软件的灵活性,而FPGA具有硬件的高速性,能够处理复杂算法。因此,本结构有助于在设计中协调软、硬件之间的关系,且对不同算法都有较强的适应能力。③ 嵌入DSP模块
的FPGA。将具有基本数字信号处理功能的DSP模块嵌入到FPGA中,这样FPGA提供的DSP性能可以达到每秒1280亿MAC,将大大高于目前主流DSP的性能。
参考文献:
彭力等.数字控制高频变换器的新颖PWM方法.中国电机工程学报,2001,21(10):47"51
王斯成等.3kW可调度型并网逆变器的研制.太阳能学报,2001,22(1):17"20
谭弗娃等.21世纪的电动机控制与电子技术展望.电气时代,2001,9:1"3
胡磊.小型UPS的数字控制和智能化研究[硕士学位论文].浙江大学,2002,4
常骏等.逆变器空间对称PWM信号微机实时控制方法.船电技术,2001,21(3):20~23
赵玲等.应用DSP抑制电力电子装置的谐波.华东电力,2000,28(8):14~16
林征宇.基于DSP的功率变换器控制的研究[硕士学位论文].浙江大学,2000,12
鲁欣等.数字电路设计方案的比较与选择.电子技术应用,2002,1:6"8
胡兵等.现场可编程门阵列在逆变器控制系统中的应用.同济大学学报,2002,30(1):97"100
范绿蓉等.基于FPGA的直流电动机调速系统的设计和实现.电气自动化,2001,23(3):15"16,35
[11] Dan Deng, et al. FPGA implementation of PWM pattern generators. Electrical and Computer Engineering, 2001 Canadian Conference on , Vol. 2 , 2001: 1279 "1284
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