專利名稱：Pwm整流器專用控制單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電氣傳動變頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種PWM整流器專用控制單元。
背景技術(shù)：
采用PWM整流器作為通用變頻器的整流器，是目前技術(shù)最為先進、節(jié)能和環(huán)保的 變頻系統(tǒng)整流方式，采用IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)功率器件的PWM整流技術(shù)，主要包括 新型電力電子器件工程應(yīng)用技術(shù)、全數(shù)字化控制技術(shù)、適用于該系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)、系統(tǒng) 可靠性技術(shù)、緊湊化模塊式結(jié)構(gòu)技術(shù)等等。普通低壓變頻器一般采用能耗制動單元吸收電動機的制動能量，進行制動運行。 這種方式簡單、成熟、價格低、適合于不經(jīng)常制動的變頻傳動應(yīng)用，但對于頻繁制動、或需要 快速制動的應(yīng)用，這種方式耗能大、配置的能耗制動單元大、運行不經(jīng)濟。目前采用PWM回 饋制動方式是技術(shù)最為先進的回饋制動方式。該單元作為有源逆變器可以將電動機制動能 量快速、高效地轉(zhuǎn)換為交流電能回饋交流電網(wǎng)，因此非常適合于頻繁制動、或需要快速制動 的變頻應(yīng)用，且運行非常經(jīng)濟。但是，現(xiàn)有的PWM整流器控制單元存在控制采樣精度低、抗 干擾能力差、動態(tài)響應(yīng)慢等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高采樣精度、抗干擾能力 強且能夠快速動態(tài)響應(yīng)的PWM整流器專用控制單元。本實用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種PWM整流器專用控制單元，包括FPGA模塊、DSP模塊、采樣模塊和驅(qū)動模塊， FPGA模塊與DSP模塊通過總線方式相連接，F(xiàn)PGA模塊通過I/O接口與采樣模塊和驅(qū)動模塊 相連接，采樣模塊連接到PWM整流器控制系統(tǒng)中進行電壓值采集，驅(qū)動模塊與PWM整流器輸 出電路相連接對PWM整流器進行控制，DSP模塊通過CAN網(wǎng)絡(luò)與通訊模塊相連接，該通訊模 塊與PWM整流器控制系統(tǒng)的前端采集設(shè)備相連接。而且，所述的通訊模塊與PWM整流器控制系統(tǒng)之間還連接有過壓浪涌保護模塊。而且，所述的過壓浪涌保護模塊包括過壓吸收保護器和浪涌電流抑制器。而且，所述的PWM整流器輸出電路為驅(qū)動IGBT兩電平三相整流器的6路PWM信號 鎖相環(huán)。而且，所述的FPGA模塊還連接一輸出模塊，該輸出模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信 號并連接到模擬量信號示波器上。而且，所述的輸出模塊采用TLV5617芯片進行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。而且，所述的驅(qū)動模塊由74HC245芯片和HEF4093芯片連接構(gòu)成。而且，所述的通訊模塊為網(wǎng)絡(luò)接口模塊、CAN接口模塊和RS48接口訊模塊之一或 者他們的組合。而且，所述的FPGA模塊采用CYCL0NEIII系列的EP3C10E144大規(guī)模門陣列，DSP模塊采用TMS320Ii^812數(shù)字信號處理器，所述的采樣模塊采用ADS1204芯片。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是1、本控制單元地將FPGA模塊、DSP模塊及采集模塊結(jié)合在一起，實現(xiàn)對PWM整流 器的控制功能，具有運算速度快、能夠在400 μ s內(nèi)完成三相鎖相環(huán)、電壓調(diào)節(jié)、有功電流調(diào) 節(jié)、無功電流調(diào)節(jié)、三相電壓電流實際值變換、功率因數(shù)控制、前饋電壓計算等功能運算功 能。2、本控制單元采用高速、高精度模擬量采樣芯片ADS1204芯片進行模擬量信號的 采集，兼顧了采樣精度和采樣速度及成本問題。3、本控制單元在CAN網(wǎng)絡(luò)之前使用過壓浪涌保護模塊，防止長線傳輸中通訊線纜 上出現(xiàn)共模過壓信號以及浪涌沖擊電流，能夠很好地保護通訊協(xié)議芯片，保證通訊的可靠 性和穩(wěn)定性。4、本控制單元通過三相鎖相環(huán)的方式進行檢測，由FPGA模塊進行矢量運算，保證 了電網(wǎng)相位追蹤的準確性和功率因數(shù)控制的準確性，有效地抑制信號傳輸過程中的共模干 擾。5、本控制單元通過輸出模塊與模擬量信號示波器上實現(xiàn)模擬信號的顯示功能，能 夠滿足觀測內(nèi)部參數(shù)和變量的要求，解決了系統(tǒng)調(diào)試過程中對控制單元內(nèi)部參數(shù)和變量的 觀測問題。

圖1是實用新型的電路方框圖；圖2是本實用新型連接在PWM整流器主回路的電路原理圖；圖3是FPGA模塊的PLL鎖相環(huán)原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述一種PWM整流器專用控制單元，如圖1及圖2所示，包括FPGA模塊、DSP模塊、過 壓浪涌保護模塊、采樣模塊、輸出模塊和驅(qū)動模塊。FPGA模塊與DSP模塊通過總線方式相連 接，F(xiàn)PGA模塊通過I/O接口與采樣模塊、輸出模塊和驅(qū)動模塊相連接，采樣模塊連接到PWM 控制系統(tǒng)中進行電壓值采集，驅(qū)動模塊連接到驅(qū)動IGBT兩電平三相整流器的6路PWM信號 鎖相環(huán)對PWM整流器進行控制；輸出模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號并連接到模擬量信號 示波器上進行模擬量顯示。DSP模塊通過CAN網(wǎng)絡(luò)與通訊模塊相連接，通訊模塊與PWM整流 器控制系統(tǒng)的前端采集設(shè)備相連接，在通訊模塊與PWM整流器控制系統(tǒng)之間還連接有過壓 浪涌保護模塊，通訊模塊可以是網(wǎng)絡(luò)接口模塊、CAN接口模塊和RS48接口訊模塊中的一種 或多種，通過網(wǎng)絡(luò)、CAN和RS485方式進行數(shù)據(jù)通訊。FPGA模塊采用ALTERA公司CYCL0NEII I系列的EP3C10E144大規(guī)模門陣列，F(xiàn)PGA 模塊和DSP模塊之間通過并行數(shù)據(jù)、地址總線進行數(shù)據(jù)交換，并由FPGA模塊發(fā)出同步時鐘 信號用于與DSP模塊同步。FPGA模塊與采樣模塊通過串行數(shù)據(jù)總線方式進行高精度的采 集功能，采樣模塊采用ADS1204芯片作為Σ /Δ高速、高精度模擬量采樣芯片，在FPGA模塊 內(nèi)采用軟件過壓保護模塊對采集的電壓值進行過壓保護，該軟件過壓保護模塊采用三次積分、三次微分方式解決模擬量采樣的響應(yīng)速度問題，能夠在1. 6μ s內(nèi)完成一次高精度的模 擬量采樣，實現(xiàn)高速的過電流保護功能。FPGA模塊對于電網(wǎng)電壓相位的檢測通過三相鎖相環(huán)的方式進行檢測，如圖3所 示，通過PI調(diào)節(jié)器將無功軸電壓分量調(diào)節(jié)為0，從而確定三相電網(wǎng)電壓矢量的相位角。在 FPGA模塊中實現(xiàn)三相電壓坐標變換、PI調(diào)節(jié)等數(shù)學(xué)運算，并輔助以高精度、高采樣速度的 Σ /△模擬量采樣芯片，保證了電網(wǎng)電壓相位的準確性。無功電流調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)給定進 行無功電流的調(diào)節(jié)，由于采用前饋控制和PI調(diào)節(jié)器相結(jié)合，提高了無功電流的相應(yīng)速度， 能夠控制在IOms以內(nèi)。采用三相鎖相環(huán)原理，在CPU中進行矢量運算，保證了電網(wǎng)相位追 蹤的準確性和功率因數(shù)控制的準確性。由于采用ADS1204采集芯片進行模擬量采集并按照 系統(tǒng)開關(guān)周期400 μ s設(shè)定模擬量采樣時間片，同時滿足了采樣精度和采樣速度的要求，并 使用平均值采樣并輔助以DSP程序中進行時間補償?shù)霓k法，有效解決了數(shù)字系統(tǒng)離散化產(chǎn) 生的信號滯后問題。驅(qū)動模塊采用+15VDC和-9VDC驅(qū)動IGBT，F(xiàn)PGA模塊輸出發(fā)出驅(qū)動信號通過 74HC245芯片進行3. 3V-5V電平轉(zhuǎn)換，并輔助HEF4093芯片進行5V—15V電平轉(zhuǎn)換，由于采 用高速電平轉(zhuǎn)換芯片，使得脈沖上升沿和下降沿的延遲能夠控制在5ns之內(nèi)。輸出模塊采用TLV5617芯片進行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的模擬信號 輸出到模擬量信號示波器上，該芯片具有10位模擬量精度，能夠滿足觀測內(nèi)部參數(shù)和變量 的要求，解決了系統(tǒng)調(diào)試過程中對控制單元內(nèi)部參數(shù)和變量的觀測問題。DSP模塊采用TMS320Ii^812數(shù)字信號處理器，通過CAN網(wǎng)絡(luò)與前端的采集設(shè)備進 行通訊，連接在PWM整流器控制系統(tǒng)中的前端采集設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)接口、CAN接口和RS485接 口將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP模塊中，由DSP模塊實現(xiàn)對前端采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)的收集及數(shù) 學(xué)計算功能。為了避免雷擊和浪涌電流的影響，保證CAN網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定。采用過壓吸收 保護器LCDA12對通訊協(xié)議芯片進行過壓保護，采用浪涌電流抑制器B82790抑制浪涌電流 保護通訊協(xié)議芯片。需要強調(diào)的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實 用新型并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型 的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
權(quán)利要求1.一種PWM整流器專用控制單元，其特征在于包括FPGA模塊、DSP模塊、采樣模塊和 驅(qū)動模塊，F(xiàn)PGA模塊與DSP模塊通過總線方式相連接，F(xiàn)PGA模塊通過I/O接口與采樣模塊 和驅(qū)動模塊相連接，采樣模塊連接到PWM整流器控制系統(tǒng)中進行電壓值采集，驅(qū)動模塊與 PWM整流器輸出電路相連接對PWM整流器進行控制，DSP模塊通過CAN網(wǎng)絡(luò)與通訊模塊相連 接，該通訊模塊與PWM整流器控制系統(tǒng)的前端采集設(shè)備相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的通訊模塊與 PWM整流器控制系統(tǒng)之間還連接有過壓浪涌保護模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的過壓浪涌保 護模塊包括過壓吸收保護器和浪涌電流抑制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的PWM整流器 輸出電路為驅(qū)動IGBT兩電平三相整流器的6路PWM信號鎖相環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的FPGA模塊還 連接一輸出模塊，該輸出模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號并連接到模擬量信號示波器上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的輸出模塊采 用TLV5617芯片進行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的驅(qū)動模塊由 74HC245芯片和HEF4093芯片連接構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的通訊模塊為 網(wǎng)絡(luò)接口模塊、CAN接口模塊和RS48接口訊模塊之一或者他們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PWM整流器專用控制單元，其特征在于所述的FPGA模塊采 用CYCL0NEIII系列的EP3C10E144大規(guī)模門陣列，DSP模塊采用TMS320Ii^812數(shù)字信號處 理器，所述的采樣模塊采用ADS1204芯片。
專利摘要本實用新型涉及一種PWM整流器專用控制單元，其主要技術(shù)特點是包括FPGA模塊、DSP模塊、采樣模塊和驅(qū)動模塊，F(xiàn)PGA模塊與DSP模塊通過總線方式相連接，F(xiàn)PGA模塊通過I/O接口與采樣模塊和驅(qū)動模塊相連接，采樣模塊連接到PWM整流器控制系統(tǒng)中進行電壓值采集，驅(qū)動模塊與PWM整流器輸出電路相連接對PWM整流器進行控制，DSP模塊通過CAN網(wǎng)絡(luò)與通訊模塊相連接，該通訊模塊與PWM整流器控制系統(tǒng)的前端采集設(shè)備相連接。本實用新型將FPGA模塊、DSP模塊及采集模塊結(jié)合在一起，實現(xiàn)對PWM整流器的控制功能，具有采樣精度高、抗干擾能力強且能夠快速動態(tài)響應(yīng)的特點。
文檔編號H02M1/32GK201918913SQ201020684620
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者伍豐林, 張向前, 楚子林, 王國建, 王首禮, 蘇楠, 郭培健 申請人:天津天傳電氣有限公司, 天津電氣傳動設(shè)計研究所