通过可定制单芯片系统提高光伏逆变器的效率(下)

采用cSoC实现的设计技术

先进PV逆变器的大部分控制主要为信号处理。采用cSoC内的可编程结构，通过使用硬件加速技术，可增加计算能力，实现在嵌入式微控制器中无法切实实现的任何所需的DSP功能。实质上，通过FPGA结构的高度并行的特性来完成运算协处理。

快速傅里叶变换(Fast Fourier transform，FFT)是一项常用技术，用于过滤和清洁PV系统中逆变器的输出信号，基于总体谐波失真(total harmonic distortion，THD)实施信号质量分析。然后将结果与电网波形进行比较，并相应地进行调整。可以使用嵌入式处理器，比如ARMCortex-M3处理器，或使用可编程序逻辑来实施FFT算法。这通常可在数十微秒内测量硬件实现的性能，而在微控制器中执行时，则需要数百微秒。无论何种情况，所要求的性能与设计相关(design-dependent)，因此，可以选择硬件或软件实现方案是一个优势。仅仅可在结合了嵌入式处理器和可编程序逻辑的cSoC中找到这样的灵活性。

对于有效控制功率开关元件，比如IGBT和MOSFET，PWM是必要的。由于存在着不同的PWM实施方案，因而选择取决于系统需求。例如，在一个要求小占位面积的系统中，由于空间限制，可以利用资源共享技术，使用一个在数兆赫兹(multi-MHz)范围频率运行的高性能PWM状态机——这项技术非常适合在可编程序逻辑中实施。

采用资源共享，通过分析逆变器输出与电网供电波形的比较，在反馈回路中可以控制PWM输入。而后，高频PWM输出被输入到FIFO中，控制数KHz范围的开关元件。此项设计技术还适用于单一器件控制多个开关电源的应用，比如多个微逆变器(microinverter)包含在单一封装中的小型逆变器(mini-inverter)。相反地，在具有严格的功率预算要求的系统中，所用方法是将板级PWM器件集成在多个片上低频PWM通道中。此方法立即降低了片外(off-chip)电源要求，并允许设计人员按照系统规范来定制PWM通道的精确数目和开关特性。此外，cSoC的可编程序结构允许设计人员实现应用所需的PWM通道的精确数目和配置。

高效低功率SmartFusion cSoC用于PV逆变器系统管理

美高森美提供一系列适合各级PV系统的产品，允许设计人员创建高度优化的可靠的并具有成本效益的低功率解决方案，根据特殊应用而定制，同时满足所有的标准和法规。

美高森美利用FPGA和SoC的传统优势，通过SmartFusion cSoC(图3)提升至另一个水平。　　

 

将SmartFusion的核心用作硬件加速器

PV控制器应用的设计人员可使用微控制器连同通用的FPGA作为他/她的解决方案平台。然而，在PV应用中，需要DSP算法来控制功率因数校正，并将总体谐波失真从DC至AC转换中去除。微控制器可作为信号处理算法的主机，但任何对性能的需求将很快超过微控制器的带宽，此外，信号处理算法将与主应用程序争夺处理器资源。

另一个方法是在硬件中实施所需要的DSP功能，构建DSP协处理器，与嵌入式微处理器一起运行。在这个替代方案中，将协处理器构建在cSoC的可编程序逻辑核心中。每当需要一个信号处理功能时，嵌入式微处理器呼叫协处理器，从微处理器中卸去此任务负载，同时达到所需要的信号处理能力。