基于FPGA芯片的功率单元控制系统技术方案

本实用新型专利技术为一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，包括模拟信号输入电路、数模转换电路、运算单元、数据存储电路、模拟量输出电路、通讯接口、I/O接口，其特征在于：所述的运算单元采用FPGA芯片作为算法控制主体，称为主控芯片，光纤驱动电路直接与主控芯片相连，所述的模拟信号输入电路为模拟信号调理电路，与A/D转化芯片及主控芯片依次连接，所述的光纤驱动电路中含有直接与主控芯片相连的死区硬件电路，光纤驱动电路中还有光纤接口电路和电平转化芯片，与主控芯片依次相连。本实用新型专利技术采用FPGA芯片作为主控芯片，并采用光纤驱动接口，增强了系统的抗干扰能力，丰富的外设接口，满足现场的各种应用需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种控制系统，特别是公开一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，属于电力电子控制

技术介绍
随着电力电子器件的快速发展，电力电子相关的工业产品正在大量应用，逆变功率单元是电力电子产品的核心部件，对功率单元高性能的可靠工作要求越来越高，同时由于功率单元电流密度的不断提高，增大了功率单元的自身干扰，工作环境也越发恶劣，原有的一些控制系统在这种条件下由于抗干扰能力不强，采样精度不高引起的控制性能不高，故障保护机制不够强大，造成了功率单元运行的不可靠。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，以FPGA芯片作为算法控制主体，增强了系统程序的抗干扰能力；同时通过光纤驱动脉冲接口，增强了驱动信号的抗干扰能力；采用高精度的A/D转化芯片和调理电路，增强了采样精度、保证了算法的高性能；设计了丰富的功能接口，以满足现场的各种需求。所以，本技术基于FPGA芯片的功率单元控制系统可以保证功率单元可靠、高性能的运行。本技术是这样实现的:一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，包括模拟信号输入电路、数模转换电路、运算单元、数据存储电路、模拟量输出电路、通讯接口、I/o接口，其特征在于:所述的运算单元采用FPGA芯片作为算法控制主体，称为主控芯片，光纤驱动电路直接与主控芯片相连，所述的模拟信号输入电路为模拟信号调理电路，与A/D转化芯片及主控芯片依次连接，所述的光纤驱动电路中含有直接与主控芯片相连的死区硬件电路，光纤驱动电路中还有光纤接口电路和电平转化芯片，与主控芯片依次相连。所述的主控芯片分别与数据存储电路的三种不同功能的芯片相连，所述三种不同功能的芯片分别为用于存储运行参数及数据且掉电后数据不会消失的FRAM芯片、用于上电运行中的数据存储且掉电后数据消失的SRAM芯片及用于存储FPGA程序的EEPROM芯片。通过FPGA芯片对所述模拟量输出电路的4_20mA模拟量输出和0-10V模拟量输出两种不同功能进行功能设定。所述的模拟信号调理电路主要由模拟差分电路，有源低通滤波电路组成；同时还包括过流、过压故障保护电路，故障信号通过光耦隔离后进入FPGA芯片。所述的通讯接口包含隔离RS485接口电路和隔离Profibus接口电路。本技术的有益效果是:本技术采用高精度的电流、电压采样，可提供支持高性能的算法控制；设计采用FPGA芯片作为算法控制主体，以及光纤驱动脉冲接口，提高了系统的可靠性；本技术还设计了丰富的外部接口增强了系统的应用功能，满足现场的需求。【附图说明】图1是本技术结构框图。图2是本技术FPGA芯片与数据存储芯片的连接示意图。图3是本技术模拟调理电路，过流过压故障保护电路与A/D芯片的连接结构框图。图4是FPGA与A/D芯片、光纤驱动脉冲接口、模拟量输出电路、通讯接口连接示意图。其中图4中:1、FPGA芯片；2、信号隔离芯片；3、A/D转化芯片；4、模拟量输出电路；5、光藕隔离；6、模拟量输出芯片；7、光纤驱动脉冲接口电路；8、死区硬件电路；9、反相器；10、光纤接口电路；11、电平转化芯片I; 12、光纤发送器；13、光纤接收器；14、Profibus 接口 电路；15、Profibus (VPC3+)芯片；16、ADM2582 芯片 I ; 17、RS485接口电路；18、电平转化芯片II; 19、ADM2582芯片II。【具体实施方式】根据附图1，本技术基于FPGA芯片的功率单元控制系统包括作为主控芯片的FPGA芯片、模拟信号调理电路、过流过压故障保护电路、A/D芯片转化电路、数据存储电路、光纤驱动脉冲电路、模拟输出电路、I/O接口电路、通讯接口电路。数据存储电路由FRAM芯片、SRAM芯片和EEPROM芯片组成，分别与FPGA芯片相连。光纤驱动脉冲电路包括死区硬件电路、电平转化芯片和光纤收发电路。死区硬件电路与FPGA芯片直接连接，FPGA芯片与电平转化芯片、光纤收发电路依次连接。模拟量输出电路包括4-20mA模拟量输出和0-10V模拟量输出两种输出方式，可通过FPGA芯片进行不同功能的设定。模拟信号调理电路由模拟差分电路和有源低通滤波电路组成，电路依次连接后与A/D转化电路连接，经A/D转化电路后进入FPGA芯片，同时经模拟调理电路处理的模拟信号进入过流、过压故障保护电路，经处理判断后过流、过压故障保护电路输出信号进入FPGA芯片。通讯接口电路由FPGA芯片、Profibus芯片、485磁隔离I相连组成的Profibus接口及FPGA芯片、485磁隔离II相连组成的RS485接口构成。本实用新采用的FPGA芯片、FRAM芯片、SRAM芯片和EEPROM芯片均为市售商品。下面就上述各个组成部分对本技术作进一步阐述。如附图2所示，本技术的数据存储电路由FRAM芯片、SRAM芯片和EEPROM芯片三种数据芯片组成。三种芯片功能不同，有各自特点:EEPR0M芯片用于存储FPGA程序，上电后FPGA芯片从EERPOM芯片里加载程序运行；FRAM芯片用于存储运行参数及数据，且掉电数据不会消失；SRAM芯片用于上电运行中的数据储存，掉电后数据消失。FPGA芯片通过并行数据总线控制FRAM芯片和SRAM芯片:数据总线DATA、地址总线ADDRESS、读信号/0E、写信号WE和片选信号CE0，CE1直接与FRAM芯片、SRAM芯片的对应信号连接。FPGA芯片通过串行接口与EEPROM芯片连接:数据输入信号data、数据输出信号ASD1、时钟信号dclk、片选信号nCS分别与EEPROM芯片的对应信号连接。根据附图1和附图3，本技术的模拟信号调理电路主要由差分采样电路，有源低通滤波电路构成。过流、过压故障保护电路由电流最大值电路、电压滤波电路和比较电路组成。电流电压信号进入模拟差分采样电路，消除差分噪音，再经有源低通滤波电路滤掉高频干扰信号后进入A/D转化芯片。电流信号经差分采样电路输出的电压信号进入最大值电路，输出三相绝对值最大的电压值进入到比较器的一输入端，比较器的另一端的基准电压由FPGA输出PWM信号I，经RC滤为直流电压提供，FPGA可根据需求改变PWM的占空比，从而改变基准电压值，经当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，包括模拟信号输入电路、数模转换电路、运算单元、数据存储电路、模拟量输出电路、通讯接口、I/O接口，其特征在于：所述的运算单元采用FPGA芯片作为算法控制主体，称为主控芯片，光纤驱动电路直接与主控芯片相连，所述的模拟信号输入电路为模拟信号调理电路，与A/D转化芯片及主控芯片依次连接，所述的光纤驱动电路中含有直接与主控芯片相连的死区硬件电路，光纤驱动电路中还有光纤接口电路和电平转化芯片，与主控芯片依次相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，
申请(专利权)人：张琦，
类型：新型
国别省市：上海;31