[发明专利]一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器

权利要求书

1.一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器，其特征在于：包括一块DSP板、一块或多块可叠加扩展的FPGA板；FPGA板通过两个2×40引脚的并行接口，板至板连接至DSP板，FPGA板位于DSP板上方，并可通过这两个并行接口继续往上叠加扩展更多的FPGA板，也可以通过两个数字信号I/O接口板至板扩展其他功能电路板；DSP板执行数字信号处理和控制算法计算；FPGA板负责生成并输出PWM脉冲驱动控制信号，数字信号的输入/输出，模拟信号的输入/输出，光纤输入/输出，对模拟信号调理和转换，对系统故障进行监测和保护；每一块FPGA板可输出56路PWM脉冲或数字信号，可输出四路模拟信号，有12路光纤输入/输出，可对模拟信号进行调理和转换，可对系统故障进行监测和保护。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器，其特征在于：DSP板采用TI公司的TMDSDSK6713开发板，板上有一个2×40引脚的外设扩展接口(External Peripheral Interface)和一个2×40引脚的外部存储器接口(ExternalMemory Interface)，DSP芯片通过这两个2×40引脚的并行接口与FPGA芯片进行数据、地址和控制信号通讯。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器，其特征在于：FPGA板为自主设计研发，包括一片FPGA芯片、10路ADC通道、两个2×40引脚的并行接口、56路用户可配置的数字I/O、20路模拟输入I/O、四路模拟输出I/O、12个光纤接口和一个LED显示器；每个ADC通道既可采集电流信号也可采集电压信号，每个数字I/O都可以配置为输出PWM脉冲，实现了控制器的通用性，两块或两块以上的FPGA板可以通过两个2×40引脚的并行接口往上叠加，也可以通过两个数字信号I/O接口板至板往上叠加扩展其他功能电路板，实现了控制器的通用性和高可扩展性；两个数字信号I/O接口分别为一个2×13引脚的并行接口和一个2×15引脚的并行接口；

FPGA电路板对每一路模拟输入I/O设置了硬件保护电路，板上的LED显示器显示当前的故障状态，以供操作人员看到后进行安全操作，只要检测到故障状态，FPGA芯片内的故障监测和保护电路便封锁PWM脉冲信号，并将当前的故障状态返回DSP芯片，DSP芯片根据返回的故障指示信号进行安全决策，实现了控制器的安全操作，另一方面，FPGA芯片自身支持的128位片上高级加密标准AES保证了控制器的信息安全。

4.根据权利要求1所述的一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器，其特征在于：每一种典型或非典型的工作模式的工作机理相同，模拟输入I/O采集电压或电流信号经过ADC通道的调理和转换，变成32位数字信号缓存在FPGA芯片里等待DSP芯片读取，DSP芯片读取到FPGA芯片里的数字信号，经过既定的控制算法，将计算得到的控制信号通过2×40引脚的并行接口发送到FPGA芯片，FPGA芯片接收到控制信号后产生并输出PWM脉冲，同时向DSP芯片发回一个PWM中断信号；FPGA板上和FPGA芯片内部都设计了故障监测和保护电路，保证在不同的工作模式下，针对不同的软硬件故障都能启动保护措施；不同工作模式之间的区别在于DSP控制程序不同，FPGA硬件程序略有区别，输出的PWM脉冲数量可能不同。