一种控制系统及电力电子设备的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种控制系统及电力电子设备。

背景技术：

UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，不间断电源)等电力电子设备对控制系统的需求主要有：优异的控制性能、可实现丰富的功能逻辑、快速的保护能力以及灵活的通信等。因此，为了满足上述需求，一般的控制系统通常可包含采样模块(具体可为AD(Analog/Digital，模拟数字)采样模块)、控制模块、发波模块(具体可为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)发波模块)、逻辑模块、保护模块、以及通信模块等。

具体地，下面将以图1、图2、图3所示的三种结构为例，对现有的电力电子设备控制系统的结构进行简要说明。

如图1所示，其为现有电力电子设备控制系统的一种可能的结构示意图。由图1可知，所述控制系统可由DSP(Digital signal processor，数字信号处理器)组成，其中，所述DSP可包括采样模块11(具体可为AD采样模块)、控制模块12、发波模块13(具体可为PWM发波模块)、逻辑模块14、保护模块15以及通信模块16，以用于实现采样(如AD采样)、控制计算、发波(如PWM发波)、逻辑、保护和通信等功能。

由上述内容可知，图1所示的基于DSP的控制系统属于典型的SOC(System on Chip，系统级芯片)系统，系统外围器件少，因而可靠性和性价比较高。但是，由于在该控制系统中，需要由DSP来实现控制系统所需要的所有功能，因而导致控制系统的控制能力较差、不能实现复杂的发波和快速保护，使得控制系统的性能并不高。

进一步地，如图2所示，其为现有电力电子设备控制系统的第二种可能的结构示意图。由图2可知，所述控制系统可由采样模块11(具体可为AD芯片)以及CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)/FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)组成，其中，采样模块11可用于实现采样功能，CPLD/FPGA具体可包括控制模块12、发波模块13、逻辑模块14、保护模块15、以及通信模块16等，以用于实现控制计算、发波、逻辑、保护和通信等功能。

由上述内容可知，在图2所示的基于CPLD/FPGA的控制系统中，可由CPLD/FPGA完成除采样外的所有功能，因而使得系统的可扩展性较佳，控制性能较高，且容易实现复杂的发波和快速保护功能，但是，其存在不擅长于实现逻辑功能的问题，使得控制系统的性能并不高。且，由于其需要增加相应的芯片来实现采样，因而，还会存在增大系统的成本的问题。

进一步地，如图3所示，其为现有电力电子设备控制系统的第三种可能的结构示意图。由图3可知，所述控制系统可由DSP和CPLD/FPGA组成，其中，DSP具体可包括采样模块11、控制模块12、逻辑模块14以及第一保护模块151、第一通信模块161，以用于实现采样、控制计算、逻辑、部分保护和通信功能；CPLD/FPGA具体可包括发波模块13、第二保护模块152、以及第二通信模块162，以用于实现发波、以及部分保护和通信功能。其中，需要说明的是，所述第二保护模块通常可为用于实现相应的快速保护功能的快速保护模块，如所需响应速度不低于设定速度阈值的故障保护或者时序复杂的故障保护等；所述第一保护模块通常可为用于实现除了快速保护功能之外的其他保护功能的模块，此处不再赘述。另外，需要说明的是，所述第一通信模块、第二通信模块所能够实现的功能可相互相同或不同，此处也不作赘述。

由上述内容可知，在图3所示的基于DSP+CPLD/FPGA的控制系统中，可由DSP负责采样、控制计算、逻辑、部分通信和保护功能，由CPLD/FPGA负责发波、部分通信和保护等功能，因而使得系统整体价格适中，实现复杂逻辑、 通信功能、发波以及保护的能力都比较强，但是，除非更换主频更高或多核的DSP，否则其也会存在控制能力的提升余地不大的问题，使得该控制系统的性能也并不高。

也就是说，现有的电力电子设备控制系统存在控制能力差或逻辑能力差等问题，使得控制系统的性能较低，因此，亟需提供一种新的控制系统以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种控制系统及电力电子设备，用以解决现有的电力电子设备控制系统所存在的性能较差的问题。

本发明实施例提供了一种控制系统，所述控制系统包括处理设备以及可编程设备，其中：

所述处理设备用于进行数据采样，并根据采样到的数据实现逻辑运算、设备保护以及通信功能；

所述可编程设备用于根据所述处理设备采样到的数据，实现控制计算、发波、设备保护以及通信功能。

相应地，本发明实施例提供了一种电力电子设备，所述电子电子设备包括本发明实施例中所述的控制系统。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供了一种控制系统及电力电子设备，在不增加控制系统成本的前提下，通过对控制系统各个功能模块的合理划分，使得控制系统中的各个器件的优点被最大化利用，大大提高了整个控制系统的性能，同时，由于该控制系统包括可编程设备，因而，还可达到提高该控制系统的可扩展性，使得该控制系统能够应对产品需求和功能的不断变化的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为基于DSP的控制系统的结构示意图；

图2所示为基于CPLD/FPGA的控制系统的结构示意图；

图3所示为基于DSP+CPLD/FPGA的控制系统的结构示意图；

图4所示为本发明实施例中所述控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有电力电子设备控制系统存在的控制能力差或逻辑能力差等使得控制系统的性能较低的问题，本发明实施例提供了一种控制系统，所述控制系统可应用于UPS等电力电子设备领域，或其他领域，本发明实施例对此不作任何限定。

具体地，如图4所示，其为本发明实施例中所述控制系统的结构示意图。所述控制系统可包括处理设备41以及可编程设备42，其中：

所述处理设备41用于进行数据采样，并根据采样到的数据实现逻辑运算、设备保护以及通信功能；

所述可编程设备42用于根据所述处理设备41采样到的数据，实现控制计算、发波、设备保护以及通信功能。

也就是说，所述处理设备41可包括采样模块11、逻辑模块14、第一保护模块151以及第一通信模块161，以用于实现采样、逻辑、部分保护和通信功 能；所述可编程设备42可包括控制模块12、发波模块13、第二保护模块152以及第二通信模块162，以用于实现控制计算、发波、部分保护和通信功能。

也就是说，在本发明所述技术方案中，在不增加控制系统成本的前提下，通过对控制系统各个功能模块的合理划分，使得控制系统中的各个器件的优点被最大化利用，大大提高了整个控制系统的性能，避免了现有的电力电子设备控制系统存在的控制能力差或逻辑能力差等的问题；同时，由于该控制系统包括可编程设备，因而，还可达到提高该控制系统的可扩展性，使得该控制系统能够应对产品需求和功能的不断变化的效果。

具体地，和现有技术类似，所述采样模块11主要可用于进行电压、电流、温度等模拟量的采样；所述控制模块12主要可用于根据采样模块11采样到的数据，进行锁相、均流控制、电压控制、电流控制、Interleave(交错控制)、倍频控制、逐波限流等各种控制；所述发波模块13主要可用于根据采样模块11采样到的数据以及控制模块12的控制，进行相应发波，如进行PWM发波等；所述逻辑模块14主要可用于根据采样模块11采样到的数据，实现有效值计算、跟踪、切换等各种逻辑功能；所述第一保护模块151主要可用于根据采样模块11采样到的数据实现相应的非快速保护功能，如所需响应速度低于设定速度阈值的故障保护、或者时序简单的故障保护等；所述第二保护模块152主要可用于根据采样模块11采样到的数据实现相应的快速保护功能，如所需响应速度不低于设定速度阈值的故障保护或者时序复杂的故障保护等；所述第一通信模块161主要可用于根据采样模块11采样到的数据和其它控制系统或监控设备等进行通信；所述第二通信模块162，主要可用于根据采样模块11采样到的数据实现较为复杂或自定义的通信功能，如可通过自定义的通信协议，如工业以太网协议等，实现不同设备间快速可靠的均流信息交换等。

另外，需要说明的是，所述第一通信模块161、所述第二通信模块162所能够实现的功能也可相互相同，此处不作赘述。

可选地，所述处理设备41可以是DSP、CPU(Central Processing Unit，中 央处理器)、MPU(Micro Processor Unit，微处理器单元)或MCU(Micro Control Unit，微控制器单元)等，需要说明的是，除了上述四者之外，所述处理设备41还可以是其他类型的处理设备，本发明实施例对此不作任何限定。

进一步地，所述可编程设备42通常可以为FPGA或者CPLD等，当然，需要说明的是，除了上述二者之外，所述可编程设备42还可以为其他类型的可编程器件，本发明实施例对此不作任何限定。

需要说明的是，在本发明实施例中，为了避免利用SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、SCI(Serial Communication Interface，串行通信接口)、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)或并口等标准接口进行通信时可能存在的数据传输速率慢、会成为实现某些功能的瓶颈等问题，当所述可编程设备42具备相应的内置数据存储空间时(如所述可编程设备42为FPGA等时)，所述处理设备41可通过所述可编程设备42的所述内置数据存储空间，与所述可编程设备42进行数据交换。

即，所述处理设备41与所述可编程设备42之间的数据交换方式可由原来的通信方式变为共享内存方式，以提高数据传输的效率，消除控制系统所可能存在的性能瓶颈，以进一步提高控制系统的性能。

也就是说，此时，可编程设备42中的内置数据存储空间可被看作为是处理设备41的外部扩展空间，以使得处理设备41可直接对该内置数据存储空间进行数据的读写等操作。

可选地，所述处理设备41具体可用于基于DMA(Direct Memory Access,直接内存存取)技术，通过所述内置数据存储空间与所述可编程设备42进行数据交换。如，所述处理设备41具体可通过内置的DMA模块，对该内置数据存储空间进行数据的读写等操作，以为可编程设备42中的各模块(如控制模块12等)提供相应的数据源，或者，获取可编程设备42中的各模块(如控制模块12等)进行相应的数据处理所得到的结果数据等。

可选地，所述控制系统还可包括设置在所述处理设备41与所述可编程设备42之间、且分别与所述处理设备41以及所述可编程设备42通信相连的数据存储设备。

相应地，所述处理设备41可用于当所述可编程设备42不具备相应的内置数据存储空间时(如当所述可编程设备42为CPLD等时)，通过所述数据存储设备与所述可编程设备42进行数据交换。

具体地，所述处理设备41具体可用于基于DMA技术，通过所述数据存储设备与所述可编程设备42进行数据交换。如，所述处理设备41具体可通过内置的DMA模块，对所述数据存储设备进行数据的读写等操作，以为可编程设备42中的各模块(如控制模块12等)提供相应的数据源，或者，获取可编程设备42中的各模块(如控制模块12等)进行相应的数据处理所得到的结果数据等。

其中，所述数据存储设备为外置在所述处理设备41与所述可编程设备42之间的，具备至少两个数据接口的数据存储设备。如，所述数据存储设备至少具备第一数据接口以及第二数据接口，其中，所述第一数据接口为所述数据存储设备与所述处理设备41之间的数据接口，所述第二数据接口为所述数据存储设备与所述可编程设备42之间的数据接口。

进一步地，所述数据存储设备可以为RAM(Random-Access Memory，随机存取存储器)等设备，如可以为双口RAM等，此处不再赘述。

下面，将以处理设备41为DSP，可编程设备42为FPGA，且所述控制系统为应用于UPS中的控制系统为例，对本发明实施例中所述的控制系统进行进一步说明。

其中，所述DSP可包括采样模块11、逻辑模块14、第一保护模块151以及第一通信模块161，所述FPGA可包括控制模块12、发波模块13、第二保护模块152以及第二通信模块162，且，所述DSP与所述FPGA之间可通过设定的共享内存(该共享内存为FPGA的内置存储空间)进行通信。

具体地，所述DSP可根据FPGA下发的采样启动信号，进行UPS电压、电流、温度等模拟量的采样，并通过内置的DMA模块自动将相应的采样数据(具体可为模拟数据)搬运至共享内存预定的位置；另外，所述DSP还可根据采样到的数据进行有效值计算、跟踪、切换、故障识别和记录、和其它UPS(或其他UPS的控制系统)或监控设备进行通信等。

所述FPGA可根据DSP采样到的数据进行锁相、均流控制、电压控制、电流控制、PWM发波、功率器件复杂的发波和保护时序等，另外，还可实现诸如Interleave、倍频控制、逐波限流等高级功能；再有，所述FPGA还可实现复杂或自定义的通信功能，如实现UPS并机间快速可靠的均流信息交换等。

进一步地，本发明实施例还提出了一种电力电子设备，所述电力电子设备可包括本发明实施例中所述的控制系统，其中，所述控制系统的结构可参见本发明实施例中的上述关于控制系统的相关描述，此处不再赘述。

本发明实施例提供了一种控制系统及电力电子设备，在不增加控制系统成本的前提下，通过对控制系统各个功能模块的合理划分，使得控制系统中的各个器件的优点被最大化利用，大大提高了整个控制系统的性能，同时，由于该控制系统包括可编程设备，因而，还可达到提高该控制系统的可扩展性，使得该控制系统能够应对产品需求和功能的不断变化的效果。

另外，当所述控制系统中的可编程设备具备相应的内置数据存储空间时，所述控制系统中的所述处理设备可通过所述内置数据存储空间，与所述可编程设备进行数据交换。即，所述处理设备与所述可编程设备之间的数据交换方式可由原来的通信方式变为共享内存方式，从而还可达到提高数据传输的效率，消除控制系统所可能存在的性能瓶颈，以进一步提高控制系统的性能的效果。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储 器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。