[发明专利]微机整流控制器

说明书

本申请公开了一种微机整流控制器，包括传感器电路、整流电路、驱动电路、模拟量输入模块、高速数字I/O模块、FPGA、实时控制器和输入及显示模块；输入及显示模块与实时控制器连接，实时控制器与FPGA连接，模拟量输入模块和高速数字I/O模块分别与FPGA连接，高速数字I/O模块与驱动电路连接，驱动电路与整流电路连接，整流电路与传感器电路连接，传感器电路与模拟量输入模块连接。本申请能微机整流控制器同时输出多路信号，真正做到同步输出。而且，FPGA的编程语言是硬件描述语言，使控制器的执行速度有很大的提升,而且便于实时控制，具备较好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及电力电子系统中的电源管理技术领域，具体涉及一种微机整流控制器。

背景技术

随着工业技术的飞速发展，人们对所使用的电能的质量要求越来越高；在能源日益危机的今天，以高效节能、优质合理使用电能为特点的电力电子装置得到了前所未有的发展。然而，电力电子技术在给人们的生活带来方便的同时，也引发了新问题，即对电网的污染问题。传统的整流电路一般采用不控整流，输出并联大电容滤波。这种电路的优点是具有很高的可靠性，简单易用，不需要控制电路。但即使负载为纯阻负载，由于滤波电容的使用，整流电路的入端电流为脉冲电流，谐波含量十分丰富。另外由于对输出电压没有控制，输出电压随负载波动变化较大，使得下一级电路的设计必须留出一定的裕量，造成对器件使用效率的限制。在一些电路中采用相控整流虽然可以对输出直流电压进行控制，但是这种电路的入端电流谐波含量很高，而且还造成电流的滞后。

不控或相控整流电路的谐波污染和功率因数低下形成了人们常说的电力公害,其中尤以谐波污染为甚。大量的谐波会引起电力线路和设备发热增加、损耗加大，破坏绝缘，影响使用寿命。谐波也会影响电力系统中继电保护装置和自动控制系统的工作，给电网带来危害。谐波引起的电磁场还会耦合至通讯线路，影响通讯质量。

由于电力半导体开关器件制造技术已逐渐成熟，其成本呈逐年下降的趋势，过去阻碍整流器走向大规模应用的门槛已经逐步消除。越来越多的工业应用场合需要使用整流器。在这种形势下，一些国际知名的大公司又相继推出了自己的整流产品，如西门子公司的有源前端（Active Front End）系列产品，使更加实用、性能更为优异的大容量交流传动的应用成为可能。

国内在功率换流领域方面的研究起步较晚，国内的整流控制器一般由微处理器(MCU和DSP)或专用控制芯片(ASIC)承担。然而，DSP本身存在固有的缺陷，其串行时序的运算方式在高速环境下很容易出现时序问题，导致程序失控；此外，微处理器中不确定的中断响应也会导致PWM脉冲的相位抖动。因此，进行高性能的整流器的研究开发工作，并尽快产品化具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种微机整流控制器，能同时输出多路信号，真正做到同步输出。而且，FPGA的编程语言是硬件描述语言，使控制器的执行速度有很大的提升,而且便于实时控制，具备较好的市场应用前景。

本发明是这样实现的：

一种微机整流控制器，包括传感器电路、整流电路、驱动电路、模拟量输入模块、高速数字I/O模块、FPGA、实时控制器和输入及显示模块；输入及显示模块与实时控制器连接，实时控制器与FPGA连接，模拟量输入模块和高速数字I/O模块分别与FPGA连接，高速数字I/O模块与驱动电路连接，驱动电路与整流电路连接，整流电路与传感器电路连接，传感器电路与模拟量输入模块连接。

作为优选方案，所述实时控制器为集成电路，内置有波形监测模块与分析程序。

作为优选方案，所述FPGA与实时控制器之间通过高速度总线PCIBus传递数据。

模拟量输入模块采用16通道16位模拟输入模块，电压、电流信号通过此模块采集，经A／D转换后传递给FPGA。它的最大采样频率可达100kS／s(周期10μs），可以快速无差地采集系统的电流和电压，精度可达微秒级别。高速数字I/O模块采用8通道的高速双向数字I/O模块，控制器中产生的六路PWM调制信号通过此模块经驱动电路放大后输出给IGBT整流桥。