一种基于DSP芯片和FPGA芯片的高压变频器控制系统技术方案

本实用新型专利技术为一种基于DSP芯片和FPGA芯片的高压变频器控制系统。它包括DSP芯片、作为光纤通讯电路主控芯片的FPGA芯片、模拟信号调理电路、A/D转化芯片、D/A输出电路、4-20mA输入输出电路，4-20mA输入输出电路包括4-20mA输入模块和4-20mA输出模块；所述4-20mA输入模块、模拟信号调理电路、A/D转化芯片、DSP芯片依次相连；DSP芯片还分别与FPGA芯片、D\A输出电路相连，4-20mA输出模块与FPGA芯片相连。本实用新型专利技术的优点是：高精度的电流电压模拟信号的采样，DSP芯片高速的运算支持算法的实现，可实现高性能的电机矢量控制；同时可编程的FPGA芯片实现可靠高速的光纤通讯方式，保证系统的可靠性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术公开一种基于DSP芯片和FPGA芯片的高压变频器控制系统，属于电力电子控制

技术介绍
随着能源危机的出现，国家一直要求节能减排，高压变频器在电力，水泥等工业现场应用越来越多，并且对控制的性能要求也越来越高，基本的VF控制方式已不能完全满足现有的应用现场，这就需要使用矢量控制方式，而之前的控制系统所使用的控制器，存在主频不高，运算速度相对慢的缺点，不能支持矢量控制方式。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种采用高速的DSP芯片和可编程的FPGA芯片，实现高性能的控制和丰富的接口功能，增强运行可靠性的基于 DSP芯片和FPGA芯片的高压变频器控制系统。本技术是这样实现的一种基于DSP芯片和FPGA芯片的高压变频器控制系统，其特征在于包括作为数字处理器模块的DSP芯片、作为光纤通讯电路主控芯片的FPGA 芯片、模拟信号调理电路、A/D转化芯片、D/A输出电路、4-20mA输入输出电路，所述4_20mA 输入输出电路包括4-20mA输入模块和4-20mA输出模块；所述4_20mA输入模块、模拟信号调理电路、A/D转化芯片、DSP芯片依次相连；所述DSP芯片还分别与FPGA芯片、D/A输出电路相连，所述4-20mA输出模块与FPGA芯片相连。还包括与DSP芯片相连的数据存储模块，所述数据存储模块在EEPROM、Flash、 SRAM中任选一种或几种存储介质。还包括开关输入输出电路，所述开关输入输出电路由与所述FPGA芯片相连的光耦隔离I、与光耦隔离I分别相连的开关输出电路和开关输入电路构成。所述光纤通讯电路还包括相连的光纤接口电路、数字差分电路，所述数字差分电路与FPGA芯片相连。所述模拟信号调理电路主要由与所述A/D转化芯片相连的积分电路、与A/D转化芯片相连的低通滤波电路、与低通滤波电路相连的模拟差分采样电路构成，所述低通滤波电路与所述4-20mA输入模块相连。还包括串口通讯电路，所述串口通讯电路由光耦隔离II、与光耦隔离II分别相连的RS232接口、RS485接口构成，所述光耦隔离II与所述DSP芯片相连。本技术的有益效果是高精度的电流电压模拟信号的采样，DSP芯片高速的运算支持算法的实现，可实现高性能的电机矢量控制。同时可编程的FPGA芯片实现可靠高速的光纤通讯方式，保证了系统的可靠性。丰富的接口增加了系统的功能性。附图说明图1是本技术结构框图。图2是本技术数据存储模块的结构示意图。图3是本技术模拟信号调理电路与A/D转化芯片的连接结构框图。图4是A/D转化芯片、D/A输出电路以及串口通讯电路的连接示意图。图5是开关输入输出电路、光纤通讯电路以及4_20mA输出模块的连接示意图。图4中1、A/D转化芯片；2、DSP芯片；3、信号隔离芯片；4、FPGA芯片；5、D/A输出电路；6、串口通讯电路；7、RS232接口 ；8、RS485接口 ；9、光耦隔离II。图5中10、开关输入电路；11、开关输出电路；12、光纤通讯电路；13、4_20mA输出模块；14、光耦隔离I ；15、光纤发送器；16、光纤接收器。具体实施方式根据图1，本技术包括作为数字处理器模块的DSP芯片、作为光纤通讯电路主控芯片的FPGA芯片、模拟信号调理电路、A/D转化芯片、D/A输出电路、4_20mA输入输出电路、与DSP芯片相连的数据存储模块、开关输入输出电路、串口通讯电路。所述4-20mA输入输出电路包括4-20mA输入模块和4-20mA输出模块；所述4_20mA 输入模块、模拟信号调理电路、A/D转化芯片、DSP芯片依次相连；所述DSP芯片还分别与 FPGA芯片、D/A输出电路相连，所述4-20mA输出模块与FPGA芯片相连。所述数据存储模块在EEPROM、Flash、SRAM中任选一种或几种存储介质。所述开关输入输出电路由与所述FPGA 芯片相连的光耦隔离I、与光耦隔离I分别相连的开关输出电路和开关输入电路构成。所述光纤通讯电路还包括相连的光纤接口电路、数字差分电路，所述数字差分电路与FPGA芯片相连。所述模拟信号调理电路主要由与所述A/D转化芯片相连的积分电路、与A/D转化芯片相连的低通滤波电路、与低通滤波电路相连的模拟差分采样电路构成，所述低通滤波电路与所述4-20mA输入模块相连。所述串口通讯电路由光耦隔离II、与光耦隔离II分别相连的RS232接口、RS485接口构成，所述光耦隔离II与所述DSP芯片相连。下面就上述各个组成部分对本技术作进一步阐述。如图2所示，本技术的数据存储模块由EEPROM、Flash、SRAM三种数据存储介质芯片组成，它们具有各自特点=Flash用于程序和日志记录的存储，SRAM用于上电运行中的大量数据保存，EEPROM用于设置参数的保存，重新上电开机可使用原有参数。DSP芯片控制三种存储介质，通过DSP芯片的EMIF接口的数据总线D ，地址总线A，读写信号/0E、读写信号/WE和片选信号CE0、片选信号CEl直接与Flash、SRAM的对应信号连接；DSP芯片通过I2C总线即SCL、SDA与EERPOM对应信号连接。如图3结合图1所示，模拟信号调理电路主要由积分电路、低通滤波电路、模拟差分采样电路构成。积分电路、低通滤波电路分别与A/D转化芯片相连，低通滤波电路还与 4-20mA输入模块相连。电流信号进入模拟差分采样电路，去除差模干扰信号，再经低通滤波电路调理去除高频干扰信号进入A/D转化芯片。经电阻分压后的电压信号，一部分经低通滤波电路进入A/D转化芯片，另一部分则经积分电路进入A/D转化芯片，满足矢量控制算法的需求。经4-20mA输入模块产生的模拟信号通过电阻采样，经低通滤波电路再进入A/D转化芯片。如图4结合图1所示，A/D转化芯片1的接口是并行数据总线方式，DSP芯片2通过EMIF接口数据总线D连接到信号隔离芯片3再连接到A/D转化芯片1上，信号隔离芯片3可增大信号的驱动能力。A/D转化芯片1的片选/CS和转换启动信号Mart由 FPGA芯片4的IO控制，A/D转化芯片1采样的VDD、VSS是+12V、-12V，参考电压为2. 5V。 A/D转化芯片1有6个采样通道，本技术使用2个A/D转化芯片1满足采样通道的需求。本技术有DAI、DA2两个D/A输出电路5，D/A输出电路5的DAl为单通道输出，D/A输出电路5的DA2为8通道输出。DSP芯片4的CLKXO信号，DXO信号分别与DAl 的SCLK信号和DIN信号连接，DSP芯片4的CLKXl信号，DXl信号分别与DA2的SCLK信号和DIN信号连接，DAl的/CS和DA2的LDAC、SYNC信号由FPGA芯片4的IO进行编码控制。 DAl的电压输出范围为0-12V，提供可设置的故障保护点电压。DA2的电压输出范围0-2. 5V， 可同时输出8路波形。DSP芯片2与FPGA芯片4的连接也是通过EMIF接口连接，DSP芯片2的数据总线D经信号隔离芯片3再连接到FPGA芯片4的IO上，DSP芯片2的 A、/RD、/WE、/OE信号直接与FPGA芯片4的IO连接。DSP芯片2对FPGA芯片4的访问通过并行总线方式进行。串口通讯电路6包含一个RS2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛刚，杨春国，潘红娟，竺伟，戴佩刚，
申请(专利权)人：上海广电电气集团股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：