专利名称：Pwm整流器专用控制单元的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电气传动变频技术领域，尤其是一种PWM整流器专用控制单元。
背景技术：
采用PWM整流器作为通用变频器的整流器，是目前技术最为先进、节能和环保的 变频系统整流方式，采用IGBT (绝缘栅双极型晶体管)功率器件的PWM整流技术，主要包括 新型电力电子器件工程应用技术、全数字化控制技术、适用于该系统的故障诊断技术、系统 可靠性技术、紧凑化模块式结构技术等等。普通低压变频器一般采用能耗制动单元吸收电动机的制动能量，进行制动运行。 这种方式简单、成熟、价格低、适合于不经常制动的变频传动应用，但对于频繁制动、或需要 快速制动的应用，这种方式耗能大、配置的能耗制动单元大、运行不经济。目前采用PWM回 馈制动方式是技术最为先进的回馈制动方式。该单元作为有源逆变器可以将电动机制动能 量快速、高效地转换为交流电能回馈交流电网，因此非常适合于频繁制动、或需要快速制动 的变频应用，且运行非常经济。但是，现有的PWM整流器控制单元存在控制采样精度低、抗 干扰能力差、动态响应慢等问题。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高采样精度、抗干扰能力 强且能够快速动态响应的PWM整流器专用控制单元。本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种PWM整流器专用控制单元，包括FPGA模块、DSP模块、采样模块和驱动模块， FPGA模块与DSP模块通过总线方式相连接，FPGA模块通过I/O接口与采样模块和驱动模块 相连接，采样模块连接到PWM整流器控制系统中进行电压值采集，驱动模块与PWM整流器输 出电路相连接对PWM整流器进行控制，DSP模块通过CAN网络与通讯模块相连接，该通讯模 块与PWM整流器控制系统的前端采集设备相连接。而且，所述的通讯模块与PWM整流器控制系统之间还连接有过压浪涌保护模块。而且，所述的过压浪涌保护模块包括过压吸收保护器和浪涌电流抑制器。而且，所述的PWM整流器输出电路为驱动IGBT两电平三相整流器的6路PWM信号 锁相环。而且，所述的FPGA模块还连接一输出模块，该输出模块将数字信号转化为模拟信 号并连接到模拟量信号示波器上。而且，所述的输出模块采用TLV5617芯片进行数字量到模拟量的转换。而且，所述的驱动模块由74HC245芯片和HEF4093芯片连接构成。而且，所述的通讯模块为网络接口模块、CAN接口模块和RS48接口讯模块之一或 者他们的组合。而且，所述的FPGA模块采用CYCL0NEIII系列的EP3C10E144大规模门阵列，DSP模块采用TMS320Ii^812数字信号处理器，所述的采样模块采用ADS1204芯片。本实用新型的优点和积极效果是1、本控制单元地将FPGA模块、DSP模块及采集模块结合在一起，实现对PWM整流 器的控制功能，具有运算速度快、能够在400 μ s内完成三相锁相环、电压调节、有功电流调 节、无功电流调节、三相电压电流实际值变换、功率因数控制、前馈电压计算等功能运算功 能。2、本控制单元采用高速、高精度模拟量采样芯片ADS1204芯片进行模拟量信号的 采集，兼顾了采样精度和采样速度及成本问题。3、本控制单元在CAN网络之前使用过压浪涌保护模块，防止长线传输中通讯线缆 上出现共模过压信号以及浪涌冲击电流，能够很好地保护通讯协议芯片，保证通讯的可靠 性和稳定性。4、本控制单元通过三相锁相环的方式进行检测，由FPGA模块进行矢量运算，保证 了电网相位追踪的准确性和功率因数控制的准确性，有效地抑制信号传输过程中的共模干 扰。5、本控制单元通过输出模块与模拟量信号示波器上实现模拟信号的显示功能，能 够满足观测内部参数和变量的要求，解决了系统调试过程中对控制单元内部参数和变量的 观测问题。
图1是实用新型的电路方框图；图2是本实用新型连接在PWM整流器主回路的电路原理图；图3是FPGA模块的PLL锁相环原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述一种PWM整流器专用控制单元，如图1及图2所示，包括FPGA模块、DSP模块、过 压浪涌保护模块、采样模块、输出模块和驱动模块。FPGA模块与DSP模块通过总线方式相连 接，FPGA模块通过I/O接口与采样模块、输出模块和驱动模块相连接，采样模块连接到PWM 控制系统中进行电压值采集，驱动模块连接到驱动IGBT两电平三相整流器的6路PWM信号 锁相环对PWM整流器进行控制；输出模块将数字信号转化为模拟信号并连接到模拟量信号 示波器上进行模拟量显示。DSP模块通过CAN网络与通讯模块相连接，通讯模块与PWM整流 器控制系统的前端采集设备相连接，在通讯模块与PWM整流器控制系统之间还连接有过压 浪涌保护模块，通讯模块可以是网络接口模块、CAN接口模块和RS48接口讯模块中的一种 或多种，通过网络、CAN和RS485方式进行数据通讯。FPGA模块采用ALTERA公司CYCL0NEII I系列的EP3C10E144大规模门阵列，FPGA 模块和DSP模块之间通过并行数据、地址总线进行数据交换，并由FPGA模块发出同步时钟 信号用于与DSP模块同步。FPGA模块与采样模块通过串行数据总线方式进行高精度的采 集功能，采样模块采用ADS1204芯片作为Σ /Δ高速、高精度模拟量采样芯片，在FPGA模块 内采用软件过压保护模块对采集的电压值进行过压保护，该软件过压保护模块采用三次积分、三次微分方式解决模拟量采样的响应速度问题，能够在1. 6μ s内完成一次高精度的模 拟量采样，实现高速的过电流保护功能。FPGA模块对于电网电压相位的检测通过三相锁相环的方式进行检测，如图3所 示，通过PI调节器将无功轴电压分量调节为0，从而确定三相电网电压矢量的相位角。在 FPGA模块中实现三相电压坐标变换、PI调节等数学运算，并辅助以高精度、高采样速度的 Σ /△模拟量采样芯片，保证了电网电压相位的准确性。无功电流调节器能够根据给定进 行无功电流的调节，由于采用前馈控制和PI调节器相结合，提高了无功电流的相应速度， 能够控制在IOms以内。采用三相锁相环原理，在CPU中进行矢量运算，保证了电网相位追 踪的准确性和功率因数控制的准确性。由于采用ADS1204采集芯片进行模拟量采集并按照 系统开关周期400 μ s设定模拟量采样时间片，同时满足了采样精度和采样速度的要求，并 使用平均值采样并辅助以DSP程序中进行时间补偿的办法，有效解决了数字系统离散化产 生的信号滞后问题。驱动模块采用+15VDC和-9VDC驱动IGBT，FPGA模块输出发出驱动信号通过 74HC245芯片进行3. 3V-5V电平转换，并辅助HEF4093芯片进行5V—15V电平转换，由于采 用高速电平转换芯片，使得脉冲上升沿和下降沿的延迟能够控制在5ns之内。输出模块采用TLV5617芯片进行数字量到模拟量的转换并将转换后的模拟信号 输出到模拟量信号示波器上，该芯片具有10位模拟量精度，能够满足观测内部参数和变量 的要求，解决了系统调试过程中对控制单元内部参数和变量的观测问题。DSP模块采用TMS320Ii^812数字信号处理器，通过CAN网络与前端的采集设备进 行通讯，连接在PWM整流器控制系统中的前端采集设备通过网络接口、CAN接口和RS485接 口将收集的数据发送给DSP模块中，由DSP模块实现对前端采集设备采集数据的收集及数 学计算功能。为了避免雷击和浪涌电流的影响，保证CAN网络通讯的稳定。采用过压吸收 保护器LCDA12对通讯协议芯片进行过压保护，采用浪涌电流抑制器B82790抑制浪涌电流 保护通讯协议芯片。需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实 用新型并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型 的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种PWM整流器专用控制单元，其特征在于包括FPGA模块、DSP模块、采样模块和 驱动模块，FPGA模块与DSP模块通过总线方式相连接，FPGA模块通过I/O接口与采样模块 和驱动模块相连接，采样模块连接到PWM整流器控制系统中进行电压值采集，驱动模块与 PWM整流器输出电路相连接对PWM整流器进行控制，DSP模块通过CAN网络与通讯模块相连 接，该通讯模块与PWM整流器控制系统的前端采集设备相连接。
2.根据权利要求1所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的通讯模块与 PWM整流器控制系统之间还连接有过压浪涌保护模块。
3.根据权利要求2所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的过压浪涌保 护模块包括过压吸收保护器和浪涌电流抑制器。
4.根据权利要求1所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的PWM整流器 输出电路为驱动IGBT两电平三相整流器的6路PWM信号锁相环。
5.根据权利要求1所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的FPGA模块还 连接一输出模块，该输出模块将数字信号转化为模拟信号并连接到模拟量信号示波器上。
6.根据权利要求5所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的输出模块采 用TLV5617芯片进行数字量到模拟量的转换。
7.根据权利要求1所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的驱动模块由 74HC245芯片和HEF4093芯片连接构成。
8.根据权利要求1所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的通讯模块为 网络接口模块、CAN接口模块和RS48接口讯模块之一或者他们的组合。
9.根据权利要求1所述的PWM整流器专用控制单元，其特征在于所述的FPGA模块采 用CYCL0NEIII系列的EP3C10E144大规模门阵列，DSP模块采用TMS320Ii^812数字信号处 理器，所述的采样模块采用ADS1204芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种PWM整流器专用控制单元，其主要技术特点是包括FPGA模块、DSP模块、采样模块和驱动模块，FPGA模块与DSP模块通过总线方式相连接，FPGA模块通过I/O接口与采样模块和驱动模块相连接，采样模块连接到PWM整流器控制系统中进行电压值采集，驱动模块与PWM整流器输出电路相连接对PWM整流器进行控制，DSP模块通过CAN网络与通讯模块相连接，该通讯模块与PWM整流器控制系统的前端采集设备相连接。本实用新型将FPGA模块、DSP模块及采集模块结合在一起，实现对PWM整流器的控制功能，具有采样精度高、抗干扰能力强且能够快速动态响应的特点。
文档编号H02M1/32GK201918913SQ201020684620
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者伍丰林, 张向前, 楚子林, 王国建, 王首礼, 苏楠, 郭培健 申请人:天津天传电气有限公司, 天津电气传动设计研究所