[发明专利]基于DSP和FPGA的级联式多电平变频器控制系统

说明书

(一)技术领域：

本发明属于变频器技术领域，涉及FPGA以及DSP的级联式变频器控制系统。

(二)背景技术：

级联式多电平变频器采用若干低压PWM功率单元相串联的方式来实现直接高压输出，对电网谐波污染较小，电流谐波含量较低，输入功率因数较高，并且不必采用输入谐波滤波器和功率因数变换器，在高压大功率领域应用较为广泛。级联型变频器具有多电平变频器的诸多优点：

(1)低dv/dt输出，开关损耗低，使中等功率的开关器件可应用于高电压场合；

(2)具有多种输出电平，可以对输出波形进行优化；

(3)级联型变频器具有冗余特性。各级联单元独立工作，级联型变频器从原理上各器件的利用率可以达到一致；

(4)不需要输入一输出滤波器或输出变压器，实现直接高高输出；

(5)采用多脉波整流，降低了输入电流的谐波，减小了对环境的污染；

(6)可以工作在较低的开关频率下，降低开关应力；

(7)安全性更高，母线短路的危险性大大降低；

(8)故障产生后，系统对故障可作出在线判断和快速动作，当某单元发生故障后，系统将之“短路”后仍可继续运行，即“小旁路”技术；

(9)结构上易于模块化和扩展，每个单元电路结构相同，易于模块化生产，并可互换。正因为拥有如此的技术特点和工程化优势，级联变频器在市场上迅速得到应用，并占据了绝大部分的市场分额。

级联型变频器是一种很易于工程化的多电平变频器。除具有多电平变频器的特点外，级联型变频器具有功率单元化结构，适合大规模生产，对于产品市场化具有较大的意义。

(三)发明内容：

本发明目的是提供基于以总线方式进行通信的FPGA以及DSP为核心CPU的多电平变频器控制系统。通过TI公司生产的型号为TMS320F28335的DSP(数字信号处理器)对强电回路端反馈回来的数据进行分析，并且实现与Altera公司生产的型号为EP1C6Q240C8N的FPGA通信，由FPGA向级联式H桥IGBT模块输出脉宽调制波(PWM波)进行控制，并且实现逻辑控制以及强电回路的保护。

本发明的技术方案：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。

依据上述所说的基于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。

依据上述所说的主控可编程逻辑器件模块采用以由Altera公司出品的Cyclone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。

依据上述所说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。TMS320F28335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。