可编程逻辑器件在逆变器控制中的应用

电力电子装置的控制技术随着电力电子技术的发展,愈来愈复杂。高频化和全数字化是目前电力电子设备设计中的热点。使用数字技术进行控制时,控制器的性能决定了控制系统的性能。目前应用于数字化电力电子设备中的控制部分,多以MCU/DSP为核心,以软件实现离散域的运算及控制。在很多高频应用的场合,目前常用的控制器(高性能单片机或DSP)的速度往往不能完全满足要求。与单片机和DSP相比,CPLD/FPGA器件具有更高的处理速度。同时FPGA应用在数字化电力电子设备中,还可以大大简化控制系统结构,并可实现多种高速算法,具有较高的性价比。本文针对可编程逻辑器件具有设计灵活、集成度高、速度快、设计周期短等优点,提出将其应用于电力电子的控制技术以满足对实时性要求很高的应用场合。 本文首先分析了SPWM 逆变器的工作原理,然后详细讨论了用可编程逻辑器件CPLD/FPGA 实现高精度PWM 控制器的原理和方法,给出了各个模块的模型和设计方案,并对各个模块进行了仿真测试。同时提出了一种基于Nios 嵌入式软核处理器的电力电子设备监控系统,给出了硬件接口和软硬件设计方案,并给出了软件流程和部分源程序。同时用FPGA 开发板进行了一部分系统的仿真和实际结果的检测,证实了可编程逻辑器件内部高速处理的性能和在电力电子技术控制中的应用优势。 在论文工作中,采用的是Altera 公司的FPGA 器件Cyclone 芯片进行仿真实验,并组成实验装置验证了文中的分析结论。