專利名稱：一種多功能電力電子通用控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力電子領(lǐng)域的通用數(shù)字控制器，是一種用
于有源濾波器、無(wú)功補(bǔ)償、UPS、逆變控制、DVR等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的裝置。
背景技術(shù)：
電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)并促進(jìn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)。它是弱電控制與強(qiáng)電運(yùn)行之間、信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)之間的橋梁，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)和國(guó)防的重要支撐技術(shù)。隨著電力電子裝置的不斷發(fā)展，對(duì)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、魯棒性、精確性的要求越來(lái)越高。采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)具有無(wú)可比擬的巨大優(yōu)勢(shì)，例如可以直接借助于成熟的數(shù)字信號(hào)處理芯片來(lái)完成相關(guān)復(fù)雜算法的計(jì)算；避免模擬信號(hào)的傳遞畸變和失真；減少雜散信號(hào)的干擾；便于提高系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)等。在數(shù)字處理器進(jìn)入電力電子技術(shù)領(lǐng)域的初期，只是完成諸如監(jiān)控、顯示等輔助功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的控制。但是，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字處理器已經(jīng)被應(yīng)用于控制電路。專用于PWM變換器的數(shù)字控制器由于其功耗低，對(duì)模擬電路部分參數(shù)變化的不敏感，可以方便地與數(shù)字系統(tǒng)相連接，并且可以方便地實(shí)現(xiàn)完善成熟的控制方案，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字控制的電力電子裝置以數(shù)字控制器代替模擬硬件電路進(jìn)行PWM控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的快速投切實(shí)現(xiàn)電量的變換。
在有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償、UPS、逆變控制、DVR等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中都會(huì)有PWM脈沖和數(shù)字信號(hào)的處理等部分。這樣的場(chǎng)合，開(kāi)關(guān)頻率要求比較高，信號(hào)處理實(shí)時(shí)性要求也比較高。以前設(shè)計(jì)中廣泛采用的方法是根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的硬件缺乏通用性，造成了大量人力、財(cái)力和精力的浪費(fèi)。有關(guān)參數(shù)、設(shè)置的修改過(guò)程也是異常的繁瑣。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種用于有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償、UPS、
逆變控制、DVR等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的多功能電力電子通用控制器，不僅實(shí)時(shí)性、通用性好，而且具有很好的可擴(kuò)展性。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種多功能電力電子通用控制器，其
特征在于，該控制器以DSP和FPGA為核心，其中DSP分別與DSP電源電路、DSP復(fù)位晶振電路、外擴(kuò)FLASH、外擴(kuò)SRAM、 RS485、CAN、以太網(wǎng)相連接；ADC/DAC插板和開(kāi)入/開(kāi)出插板分別與FPGA相連接；ADC/DAC插板中包含核心元件FPGA;開(kāi)入/開(kāi)出插板中包含核心元件FPGA; DSP和FPGA通過(guò)背板總線通信；ADC/DAC插板中的FPGA主要負(fù)責(zé)根據(jù)DSP的控制命令控制插板上的器件的信號(hào)采集和基本處理，最后以中斷的方式申請(qǐng)DSP的訪問(wèn)；開(kāi)入開(kāi)出插板中的FPGA主要負(fù)責(zé)根據(jù)DSP的控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖輸出；DSP負(fù)責(zé)算法的計(jì)算、協(xié)調(diào)外擴(kuò)FLASH、外擴(kuò)SRAM和以太網(wǎng)的控制，并為開(kāi)入開(kāi)出插板提供基準(zhǔn)脈沖。
如上所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于，DSP即DSP芯片"U12"的數(shù)據(jù)線"D0 - D15"分別與外擴(kuò)FLASH、外擴(kuò)SRAM、 RS485、 CAN、以太網(wǎng)相連接；"U12"的地址線"AO—A18"與外擴(kuò)FLASH和外擴(kuò)SRAM的地址線相連接；RS485的輸入端口"11、 12"分別與"U12"的"155、 157"相連；CAN的輸入端口"4、5"分別與"U12"的"87、 89"相連。
如上所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于，所述的ADC/DAC插板包含兩片型號(hào)結(jié)構(gòu)完全相同的ADC芯片"U2"、 "U3"和兩片型號(hào)結(jié)構(gòu)完全相同的DAC "U13"、 "U14";所述的開(kāi)入開(kāi)出插板包含開(kāi)入部分"0MC1 - OMC12"和開(kāi)出部分"OMC13 -OMC20"。背板總線包括16位數(shù)據(jù)總線、8位地址總線、讀寫(xiě)控制線，它們分別與DSP8即"U12"的16位數(shù)據(jù)總線"D0-D15"、 "U12"高八位地址總線"A16-A9"、 "U12"的"XRD"、 "XWR"外部讀寫(xiě)控制線相連接。
如上所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于，DSP和FPGA所在電路板上包含多個(gè)可插入ADC/DAC插板或開(kāi)入/開(kāi)出插板的插槽；可以根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展ADC/DAC插板或開(kāi)入開(kāi)出插板的數(shù)量。
本實(shí)用新型的有益效果是 一種多功能電力電子通用控制器，能很好地滿足電力電子控制領(lǐng)域?qū)π盘?hào)處理的實(shí)時(shí)性要求；通用于有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償、UPS、逆變控制、DVR等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，通用性好，豐富的輸入輸出端口能滿足電力電子控制領(lǐng)域的各種要求，節(jié)約了因不同的電力電子控制應(yīng)用場(chǎng)合而帶來(lái)的開(kāi)發(fā)人力和財(cái)力，縮短了開(kāi)發(fā)周期；采用插板設(shè)計(jì)大大提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理框圖。其中有DSP電源電
路1、 DSP復(fù)位晶振電路2、外擴(kuò)FLASH 3、外擴(kuò)SRAM4、 RS485 5、CAN 6、以太網(wǎng)7、 DSP 8、 ADC/DAC插板9、開(kāi)入開(kāi)出插板10、FPGAll、 FPGA12、 FPGA13。
圖2是圖1中DSP8的原理圖。
圖3-1是圖1中外擴(kuò)SRAM 4的原理圖；圖3-2是圖1中DSP電源電路l的原理圖；圖3-3是圖l中外擴(kuò)FLASH3的原理圖；圖3-4是圖1中DSP復(fù)位電路2的原理圖。
圖4-1是圖1中RS485 5的原理圖；圖4-2是圖1中CAN6的原理圖；圖4-3是圖1中以太網(wǎng)7的原理圖。
圖5-1是圖1中ADC/DAC插板9中的ADC模塊原理圖；圖5-2是圖1中ADC/DAC插板9中的DAC模塊原理圖。
圖6-1是圖1中開(kāi)入開(kāi)出插板10的開(kāi)入部分原理圖；圖6-2是圖1中開(kāi)入開(kāi)出插板10的開(kāi)出部分原理圖。
具體實(shí)施方式
整個(gè)控制器采用DSP加FPGA模式。DSP采用TI公司的TMS320LF2812,FPGA采用Xinlix公司的SPARTAN3。 ADC采用AD公司的AD7656,DAC采用凌特公司的LTC2755。兩片AD7656構(gòu)成
共12路的AD輸入，完全能滿足電力電子控制領(lǐng)域中對(duì)AD輸入的要求。參見(jiàn)圖l， 一種多功能電力電子通用控制器，其特征在于，該控
制器以DSP 8和FPGA 13為核心，其中DSP 8分別與DSP電源電路1、 DSP復(fù)位晶振電路2、外擴(kuò)FLASH3、外擴(kuò)SRAM4、 RS485 5、CAN 6、以太網(wǎng)7相連接；ADC/DAC插板9和開(kāi)入/開(kāi)出插板10分別與FPGA13相連接；ADC/DAC插板9中包含核心元件FPGA11;開(kāi)入/開(kāi)出插板10中包含核心元件FPGA 12; DSP 8和FPGA 13通過(guò)背板總線通信；ADC/DAC插板9中的FPGA 11主要負(fù)責(zé)根據(jù)DSP8的控制命令控制插板上的器件的信號(hào)采集和基本處理，最后以中斷的方式申請(qǐng)DSP8的訪問(wèn)；開(kāi)入開(kāi)出插板10中的FPGA12主要負(fù)責(zé)根據(jù)DSP8的控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖輸出；DSP8負(fù)責(zé)算法的計(jì)算、協(xié)調(diào)外擴(kuò)FLASH 3、外擴(kuò)SRAM 4和以太網(wǎng)7的控制，并為開(kāi)入開(kāi)出插板IO提供基準(zhǔn)脈沖。
參見(jiàn)圖2，圖3-l，圖3-2，圖3-3，圖3-4，圖4-l，圖4-2，圖4-3。如上所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于，DSP 8即DSP芯片"U12"的數(shù)據(jù)線"D0 - D15"分別與外擴(kuò)FLASH 3、外擴(kuò)SRAM4、 RS485 5、 CAN 6、以太網(wǎng)7相連接；"U12"的地址線"AO - A18"與外擴(kuò)FLASH 3、外擴(kuò)SRAM 4的地址線相連接。RS485 5的輸入端口 "11、 12"分別與"U12"的"155、 157"相連。CAN 6的輸入端口 "4、 5"分別與"U12"的"87、 89"相連。該控制器嵌入了RS485、 CAN、以太網(wǎng)等常用的通訊端口，便于與各種外設(shè)進(jìn)行通信；通過(guò)以太網(wǎng)口能夠方便地實(shí)現(xiàn)電力電子裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。參見(jiàn)圖5-l，圖5-2，圖6-l，圖6-2。如上所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于，所述的ADC/DAC插板9包含兩片型號(hào)結(jié)構(gòu)完全相同的ADC芯片"U2"、 "U3"和兩片型號(hào)結(jié)構(gòu)完全相同的DAC "U13"、 "U14";所述的開(kāi)入開(kāi)出插板10包含開(kāi)入部分"0MC1-OMC12"和開(kāi)出部分"OMC13 - OMC20"。背板總線包括16位數(shù)據(jù)總線、8位地址總線、讀寫(xiě)控制線，它們分別與DSP8即"U12"的16位數(shù)據(jù)總線"DO-D15"、 "U12"高八位地址總線"A16-A9"、"U12"的"XRD"、 "XWR"外部讀寫(xiě)控制線相連接。
如上所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于，DSP8禾口FPGA 13所在電路板上包含多個(gè)可插入ADC/DAC插板9或開(kāi)入/開(kāi)出插板10的插槽；可以根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展ADC/DAC插板9或開(kāi)入開(kāi)出插板10的數(shù)量。背板總線包括16位數(shù)據(jù)總線、8位地址總線、讀寫(xiě)控制線，它們分別與DSP8的16位數(shù)據(jù)總線、高八位地址總線、外部讀寫(xiě)控制線相連?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要任意的擴(kuò)展信號(hào)采集的通道數(shù)和PWM信號(hào)的輸出路數(shù)，具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
權(quán)利要求1.一種多功能電力電子通用控制器，其特征在于該控制器以DSP(8)和FPGA(13)為核心，其中DSP(8)分別與DSP電源電路(1)、DSP復(fù)位晶振電路(2)、外擴(kuò)FLASH(3)、外擴(kuò)SRAM(4)、RS485(5)、CAN(6)、以太網(wǎng)(7)相連接；ADC/DAC插板(9)和開(kāi)入/開(kāi)出插板(10)分別與FPGA(13)相連接；ADC/DAC插板(9)中包含核心元件FPGA(11)；開(kāi)入/開(kāi)出插板(10)中包含核心元件FPGA(12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于DSP (8)即DSP芯片"U12"的數(shù)據(jù)線"DO-D15"分別與外擴(kuò)FLASH (3)、外擴(kuò)SRAM (4)、 RS485 (5)、 CAN (6)、以太網(wǎng)(7)相連接；"U12"的地址線"A0-A18"與外擴(kuò)FLASH (3)、外擴(kuò)SRAM (4)的地址線相連接。RS485 (5)的輸入端口 "11、 12"分別與"U12"的"155、 157"相連。CAN (6)的輸入端口 "4、 5"分別與"U12"的"87、 89"相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于所述的ADC/DAC插板(9)包含兩片型號(hào)結(jié)構(gòu)完全相同的ADC芯片"U2"、 "U3"和兩片型號(hào)結(jié)構(gòu)完全相同的DAC "U13"、 "U14";所述的開(kāi)入開(kāi)出插板(10)包含開(kāi)入部分"OMC1 -OMC12"和開(kāi)出部分"OMC13-OMC20"。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電力電子通用控制器，其特征在于DSP (8)和FPGA (13)所在電路板上包含多個(gè)可插入ADC/DAC插板(9)或開(kāi)入/開(kāi)出插板(10)的插槽。
專利摘要一種多功能電力電子通用控制器，該通用平臺(tái)裝置以DSP和FPGA為中心，包含DSP電源電路、DSP復(fù)位晶振電路、外擴(kuò)FLASH、外擴(kuò)SRAM、RS485、CAN和以太網(wǎng)；以FPGA為核心元件，構(gòu)建ADC/DAC插板、開(kāi)入開(kāi)出插板。該通用控制控制器具有實(shí)時(shí)性和通用性好，且可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)，可通用于在有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償、UPS、逆變控制、DVR等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201417385SQ20092008668
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者妍 何, 飛 劉, 晶 許, 進(jìn) 邱, 陳軒恕 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司