专利名称：一种功率柜调节板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率柜调节板，特别涉及一种基于DSP与FPGA的励磁 系统智能功率柜调节板。
背景技术：
在我国，早期大型发电机的励磁系统采用的都是三机系统，即永磁机、励磁 机及发电机，这样的系统模式给安装、调试和维护带来极大的麻烦。随着大功率 电力电子器件的发展，安装调试简单、维护方便的静态励磁系统运用而生。该系 统仅由一台励磁变压器和一台发电机励磁装置组成。但这样的系统面临着一个比 较严重的问题，当发电机容量较大、励磁功率柜数目较多的时候，由于励磁系统 的结构布局以及功率器件间的离散性，会导致励磁装置内部各功率柜输出电流的 不平衡，严重时会导致系统被迫停机，影响电力的生产。为了消除这种缺陷，一 开始人们采用人工调节磁阻的办法来减小各功率柜电流的不平衡，但是效果并不 是十分理想。随着微电子技术的发展，人们逐渐采用智能功率柜调节技术来解决 这个问题，它在解决励磁电流分配、保证系统稳定运行问题上有着无可比拟的优 越性。但是一般的励磁系统功率柜调节板在计算速度与精度、通信速度及抗干扰 能力上存在着很多不足，因此迫切需要一种性能更优越、可靠性更高的调节板。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种计算速度快、精度高，采样精度高，通信速度 快，抗干扰能力强，多功能高集成度的硬件设计，编程灵活方便的功率柜调节板。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种功率柜调节板，包 括三相脉冲触发电路，其特征在于，三相脉冲触发电路连接FPGA芯片，FPGA芯 片连接三相同步检测电路、DSP芯片、光电隔离数字量信号、光纤信号、DA转换 模块、AD转换模块，上述连接皆为双向连接。
DSP在计算速度与精度上的优势以及FPGA的强大调度能力，使得两者可紧 密合作，各自发挥特长，从而保证调节板的准确性与可靠性。DSP作为CPU，其对外的低16位地址总线和16位数据总线作为调节板的并行总线，总线的另一端 挂在可编程逻辑门阵列FPGA上。FPGA通过逻辑控制AD转换模块，对6路模拟 量输入进行模数转换，转换的结果存于FPGA的双口 RAM中，DSP通过并行总线 读取双口RAM的信息，并结合从主控及其他功率柜取得的信息进行计算，得到新 的控制值，然后DSP再通过并行总线将控制值写入FPGA内的三个计数器中，由 FPGA根据计数值来触发脉冲。
在通信方面，DSP自带的1M通信速率的CAN总线功能可保证励磁系统各功 率柜间的通信。而FPGA上带有的光纤通信速率更是达到了5M，通过自己编写通 信协议，使得通信速率大大提高，性能远远超越RS232，RS485等常规通信手段。
在抗干扰方面，大量应用光纤技术，即输入输出为光电隔离数字量信号及光 纤信号，使系统摆脱了传统的电通信方式，从而消除了由功率柜内强电磁干扰引 起的故障问题。
由于选用了DSP芯片，使得编程方式也极其方便灵活，除底层驱动外，所有 编程均可以为图形化编程方式，从而使人摆脱了手写代码这个复杂繁琐而且出错 率高的环节。同时，还支持在线编程。
由于采用了上述的技术方案，本实用新型就具有了以下的几大优点高性能 的计算精度和速度；高精度的AD采样技术；超快的通信速率；方便而灵活的多 功能高集成度硬件设计；超强的抗强电磁干扰能力；先进的图形化的编程方式。
图1为本实用新型提供的一种功率柜调节板的结构框图2为三相同步检测电路的结构框图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本实用新型。
实施例
如图1所示，为实用新型提供的一种功率柜调节板的结构框图， 主要由 32位浮点数数字处理芯片(DSP)与超大规模可编程逻辑门阵列(FPGA)组成， 其它还有12路AD转换模块，4路DA转换模块，CAN总线，8路5M通信光纤，6路光电隔离数字量输入，4路光电隔离数字量输出，6路光电隔离的脉冲输出， 三相同步电压检测电路。所有电路都集成在一块4层板上，实现所有重要信号不 出电路板。
DSP为美国TI公司新推出的TMS320F28335浮点数DSP，主频150MHz，其 中低16位地址总线和16位数据总线一起构成了 DSP对外的并行总线，浮点数计 算，标准C语言编程，支持MATLAB与S頂ULINK图形化编程。主要功能根据通信 以及AD转换模块得到的值进行计算得到晶闸管触发的控制值。FPGA采用ALTERA 公司的EP2C20Q240I8系列大规模现场可编程逻辑门阵列，共含18752个Les, 52 个M4K RAM块，采用VHDL语言描述。主要功能是完成对AD转换模块、DA转换 模块的控制，同步电压检测，脉冲触发以及与DSP完成数据信息的交换。AD转 换模块分为两部分，各6路。其中6路进入AD公司推出的16位高精度芯片转换 芯片AD7656，由FPGA完成其控制，并将数据存于FPGA的双口 RAM中；另6路 直接进入DSP中，由DSP自带的AD转换功能完成转换，精度为12位。DA转换 模块采用的是TI公司的DAC7554芯片，精度为12位，由FPGA完成其控制，主 要是送出信号用于外部测量。CAN总线使用的是DSP内部自带的功能，通信速度 可达1M，抗干扰能力强。主要是用于各个功率柜板间的数据交换。光纤通信采 用的是安捷伦公司的发送、接受器，通信速率可达5MHz。通过在FPGA内自定义 的一套通信协议，完成与励磁系统主控的数据通信。抗干扰性能优越。6路光电 隔离数字量输入与4路数字量输出完成对外部电路状态的输入与控制。
如图2所示，为三相同步检测电路的结构框图，包括电压匹配电路，电压匹 配电路的输出端连接运放隔离电路的输入端，运放隔离电路的输出端连接过零翻 转的输入端，电压匹配电路双向连接所述FPGA芯片。
以下简述本实用新型的实现原理首先，FPGA读取来自AD转换模块的本功 率柜电流大小并存于一个双口RAM中；与此同时，接收来自主控的控制值， 一并 存于双口RAM中；接着，DSP通过并行总线读取存于双口 RAM中的信息，并通过 CAN总线接收其他功率柜发送的电流大小值；然后，DSP经过计算得到新的控制 值，并通过并行总线将新控制值发送到FPGA内的计数器中；最后FPGA根据三相同步信号启动计数器，发出脉冲控制功率柜的晶闸管导通达到控制电流的目的。
权利要求1.一种功率柜调节板，包括三相脉冲触发电路，其特征在于，三相脉冲触发电路连接FPGA芯片，FPGA芯片连接三相同步检测电路、DSP芯片、光电隔离数字量信号、光纤信号、DA转换模块及AD转换模块，上述连接皆为双向连接。
2. 如权利要求1所述的一种功率柜调节板，其特征在于，所述三相同步检测电 路包括电压匹配电路，电压匹配电路的输出端连接运放隔离电路的输入端， 运放隔离电路的输出端连接过零翻转的输入端，电压匹配电路双向连接所述 FPGA芯片。
专利摘要本实用新型提供了一种功率柜调节板，包括三相脉冲触发电路，其特征在于，三相脉冲触发电路连接FPGA芯片，FPGA芯片连接三相同步检测电路、DSP芯片、光电隔离数字量信号、光纤信号、DA转换模块、AD转换模块，上述连接皆为双向连接。由于采用了上述的技术方案，本实用新型就具有了以下的几大优点高性能的计算精度和速度；高精度的AD采样技术；超快的通信速率；方便而灵活的多功能高集成度硬件设计；超强的抗强电磁干扰能力；先进的图形化的编程方式。
文档编号H02P9/14GK201332378SQ20082020857
公开日2009年10月21日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者俞高伟, 张林云, 杨鸿钧 申请人:上海发电设备成套设计研究院;上海科达机电控制有限公司