[发明专利]一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器

说明书

本发明公开了一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器，属于电力电子系统控制技术领域。包括一块DSP控制电路板(简称DSP板)、一块或多块可扩展的FPGA控制电路板(简称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，可以可通过这两个并行接口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，数字信号输入/输出，模拟信号输入/输出，光纤输入/输出，模拟信号调理和转换，系统故障监测和保护。本控制器的优点是具有通用性、高可扩展性、开放性和安全性，支持硬件再编程，可用于控制任何拓扑结构的电力电子变换器。

技术领域

本发明属于电力电子系统控制技术领域，具体涉及一种基于DSP+FPGA(DSP为数字信号处理器，Digital Signal Processing，简称DSP；FPGA为现场可编程门阵列，FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)的电力电子系统的通用控制器。

背景技术

电力电子变换装置在电机调速系统、地面电力系统、飞机和舰船电力系统中应用非常广泛，比如在飞机电力系统中，具有多种拓扑结构的电力电子变换装置，有PWM整流器、PWM逆变器和双PWM变换器，随着电力电子技术的发展，可能应用到矩阵变换器和其他拓扑结构的电子电子变换装置，不同拓扑结构的电力电子变换装置的控制器之间既有共性，也有差异，为了节省电力电子变换装置控制器的开发周期和成本，现有发明的一种通用型变流控制平台，解决了一部分的通用性问题，但是该控制器使用的DSP运算速度不够快，可能不利于控制碳化硅器件的电力电子变换装置，PWM脉冲数量受限于DSP芯片内部的PWM发生模块，可输出的PWM脉冲数量不够多，控制器可扩展性不足，可能不利于对高可靠性要求的电力电子变换装置进行冗余设计和容错控制，PWM脉冲要经过地板总线单元中转才能输出，不能直接输出PWM脉冲，可能使走线复杂。

发明内容

为了克服现有的电力电子系统控制器的通用性和可扩展性不足的缺点，本发明提出了一种通用控制器，一种适用于任何电力电子系统的控制器，具有通用性、高可扩展性、安全性和开放性，不仅适用于Buck、Boost及Buck-Boost电路、PWM整流器、PWM逆变器和双PWM变换器，也适用于单级矩阵变换器和双级矩阵变换器，还适用于多电平整流器、多电平逆变器和多电平矩阵变换器。

本发明采用的技术方案为：一种基于DSP+FPGA的电力电子系统的通用控制器，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板进行数字信号处理和计算；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。

其中，DSP板直接采用TI公司的TMDSDSK6713开发板，板载DSP芯片为C6000系列的浮点型数字信号处理器TMS320C6713B，主频时钟300MHz，每秒可运行定点指令24亿条，浮点指令18亿条；还使用了板上的一个2×40引脚的外设扩展接口(External PeripheralInterface)和一个2×40引脚的外部存储器接口(External Memory 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，DSP板也通过这两个并行接口为FPGA电路板提供电源。