[发明专利]基于DSP和FPGA的级联式多电平变频器控制系统

权利要求书

1.一种基于DSP和FPGA的级联式多电平变频器控制系统，其特征在于系统由：主控可编程逻辑器件模块1，数字信号处理器模块2，人机交互界面3，CPU电源模块4，内部通信模块5，外部通讯模块6，底层驱动模块，7，H桥逆变单元模块等模块8组成。

2.依据权利要求1所述的基于DSP和FPGA的级联式多电平变频器控制系统，其连接关系为：数字信号处理器模块通过内部通信模块与可编程逻辑器件模块连接，且与CPU电源模块以及人机交互模块等模块相连接。可编程逻辑器件模块分别与内部通信模块，CPU电源模块等模块相连。外部通讯模块与人机交互界面相连。底层驱动模块与H桥逆变单元模块相连。

3.依据权利要求1所述的主控可编程逻辑器件模块采用以由Altera公司出品的Cyclne系列FPGA为主芯片，型号为EP1C6Q240C8N。该款FPGA引脚为240脚，I/O口超过100个，能充分地与外界进行交互。可编程逻辑器件模块由CPU电源模块提供两路供电，一路为1.5V内核电源，一路为3.3VI/O供电电源。在芯片本身的I/O资源中，约分配36个I/O口来产生PWM控制信号。

4.依据权利要求1所述的数字信号处理器模块以TI公司出品TMS320F28335为主芯片，最高主频150MHz，保证了处理信号的快速性和实时性，高速的信号可以提供实时的位置信息，保证控制信号响应的快速性。TMS320F2812采用经典的哈佛总线结构，利用多总线在存储器、外围模块和CPU之间转移数据。程序读总线有22根地址线和32根数据线，数据读写数据线都是32位，这种多总线结构使得它可以在一个周期内并行完成取指令、读数据和写数据，同时它也采用了指令流水线技术，使得信号的处理速度明显提高。由CPU电源模块提供两路供电，一路为1.9V内核电源，一路为3.3VI/O供电电源。TMS320F28335数字信号处理器是TI公司最新推出的32位浮点DSP控制器。与TMS320F2812定点DSP相比，F28335增加了单精度浮点运算单元(FPU)和高精度PWM，且Flash增加了一倍(256K×16Bit)，同时增加了DMA功能等。

5.依据权利要求1所述的内部通信模块通讯模块总共由45根线组成，包括16位数据线，24位地址线，5位内部时钟控制线。内部通信模块是连接主控可编程逻辑器件模块和数字信号处理器模块的桥梁，由FPGA控制的DSP时序，通过5位内部时钟控制线来完成。16位数据线和24位地址线实现两芯片间的数据交换。

6.依据权利要求1所述的采用了基于MAX1481在RS485通讯模式，其中控制信号与“地”信号的“异或”操作控制MAX1481的使能管脚“DE”。当控制信号为高电平时“，DE”也为高电平，使能MAX1481工作，“A”和“B”的状态有“DI”控制；否则脚“A”和“B”处于高阻抗状态。“TXD”为控制器的发送信号，当“TXD”为高电平时“DI”为高电平，则“A”为高电平，“B”为低电平；否则“A”为低电平，“B”为高电平。当“DI”为低电平时，MAX1480处于接受状态。当“A”比“B”高时，“/RO”为低电平，通过一个异或门时得信号“RXD”变为高电平，这样就可以与外部传送过来的信号保持一致。

7.依据权利要求1所述的底层驱动模块以驱动控制板形式存在，通过光纤接口接受SPWM控制信号，并进行反相后生成两路控制信号，反相后得到两路对称的SPWM控制信号。IGBT的驱动模块选择2SD315B，该模块可驱动1700V，1200A以下的IGBT，该IGBT驱动模块的隔离性能好，保护功能强，抗干扰能力强，使用简单。为了监控每个功率模块，在每个功率模块的驱动板上均设有单片机AT89C52控制器，以方便进行集中控制，其中输入信号“DRST”是DSP控制器经光纤传送过来的控制信号，用来启动该功率单元；P1口的输出信号经74HC14后发送控制信号，用来控制主电路的旁路经晶闸管、充电晶闸管、放电晶闸管等；P2口通过对发光二极管的控制，显示该功率模块的工作状态。