一种可编程交流电源数字平台制造技术

本实用新型专利技术涉及可编程交流电源的控制、分析及显示数字平台，更具体地，涉及一种基于FPGA、DSP和ARM的可编程交流电源数字平台。本实用新型专利技术的可编程交流电源数字平台，包括逆变器及信号采集电路、散热装置、数控及显示平台。其中：逆变器及信号采集电路包括逆变器核心电路、温度检测电路、LC滤波电路、数据采集模块。数控及显示平台包括：现场可编程门阵列（FPGA）模块、数字信号处理器（DSP）模块、按键电路、LCD显示电路、ARM处理器模块、通信扩展电路。本实用新型专利技术的可编程交流电源数字平台，FPGA与DSP、ARM组成一个闭环控制系统，实现可编程电源的高精度输出。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及可编程交流电源的控制、分析及显示数字平台，更具体地，涉及一种基于FPGA、DSP和ARM的可编程交流电源数字平台。
技术介绍
可编程电源是指某些功能或者参数可以通过计算机软件编程进行控制的电源，可以便捷的模拟各种供电状态、供电失真，可以方便的进行电力特性测量与分析，广泛应用在研发、生产等领域。传统的可编程交流电源采用高速数字信号处理器(DSP)结合外围器件完成系统控制功能。随着电力电子技术的发展，可编程交流电源系统的功能和结构越来越复杂，不仅要求输出功率大、波形可以任意程控，而且要求输出的精度高，DSP本身的资源有限，这种控制系统的无法满足实际控制的需要。由于现场可编程门阵列(FPGA)丰富的逻辑接口资源，编程灵活，可以并行处理多路信号的特性，因此基于数字信号处理器(DSP)及现场可编程门阵列(FPGA)的逆变器控制平台使用越来越广泛。比如:严长辉、魏学森、金曙光等人申请的专利《一种三电平逆变器的控制系统及方法》(2005.3.1，申请号200510033388.6)，所介绍的利用数字信号处理器(DSP)及现场可编程门阵列(FPGA)实现三电平逆变器的控制，其中数字信号处理器(DSP)用作事务的处理和保护工作，现场可编程门阵列(FPGA)用于产生逆变器控制信号。但是这种控制平台并没有实现闭环控制，无法实现输出信号频率、幅度的精准控制，也没有逆变器异常状态的检测部分。后来，在陈首先发表的硕士论文《网络化的电力电子通用数字平台设计》(浙江大学硕士学位论文，2008.7)中所介绍的逆变器数字平台硬件和软件的设计，其中数字信号处理器(DSP)实现USB、以太网、R232通信接口，现场可编程门阵列(FPGA)产生多路PWM控制信号。由此实现DSP擅长于计算，但是其各种接口资源并不丰富，并且该平台也没有实现逆变电路闭环控制，不能实现高精度输出场合要求。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够实现逆变电路闭环控制、进而实现可编程电源的高精度输出的基于FPGA、DSP和ARM的可编程交流电源数字平台。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案如下:一种可编程交流电源数字平台，包括依次连接的逆变器及信号采集系统、数控及显示平台系统、散热装置，其中:逆变器及信号采集系统包括温度检测电路、依次连接的逆变器核心电路、LC滤波电路和数据采集模块；逆变器核心电路，用于完成AC-DC-AC转换过程，包括依次连接的全桥整流电路、功率因素矫正电路(PFC)、DC TO DC功率电路和DC TO AC功率电路；温度检测电路用于检测上述功率电路的温度；全桥整流电路，用于将市电全桥整流成直流；DC TO DC功率电路，用于将整流后的信号转换成母线电压；DC TO AC功率电路，用于将母线电压转换成交流信号；功率因素矫正电路，用于实现输出信号的功率因素矫正；数控及显示平台系统，用于逆变器驱动信号SPWM与PWM的产生、逆变器异常状态的检测、逆变器输出信号的实时检测、逆变器闭环反馈控制、系统温度的监控、各种输入输出参数与波形的显示及通信接口的扩展，包括现场可编程门阵列(FPGA)模块、数字信号处理器(DSP)模块、按键电路、IXD显示电路、ARM处理器模块和通信接口电路；其中:现场可编程门阵列模块，用于产生逆变器驱动信号SPWM和PWM、逆变器核心电路异常状态的检测和中断、散热装置的调节、以及发出相应的状态信息到ARM处理器模块；数字信号处理器模块，用于收集数据采样模块得到的输出信号数据，并进行计算分析，获得输出信号的各项参数，并将分析的结果与ARM处理器模块传送的设置参数对比，将反馈参数传递给ARM处理器模块和现场可编程门阵列模块；ARM处理器模块，用来实现人机交互功能，驱动按键电路和显示电路，并扩展各种通信接口电路；将用户设置参数传送给现场可编程门阵列模块和数字信号处理器模块，并接收数字信号处理器模块的分析结果和现场可编程门阵列模块的状态信息，然后将结果和信息保存并通过显示电路显示；现场可编程门阵列模块、数字信号处理器模块和ARM处理器模块两两相连，组成闭环控制系统；数字信号处理器模块与数据采集模块连接；散热装置、温度检测电路和现场可编程门阵列模块组成闭环控制系统，逆变器核心电路中的功率因素矫正电路、DC TODC功率电路、DC TO AC功率电路均连接于现场可编程门阵列模块上。本技术的可编程交流电源数字平台，将FPGA与DSP、ARM组成一个闭环控制系统，可以实现可编程电源的高精度输出。FPGA通过温度检测电路实时监控系统温度，调节散热装置工作状态，以保证系统温度处在安全范围。同时FPGA实时对PFC、DC TO DC功率电路、DC TO AC功率电路异常状态的检测，及时响应各种异常中断；另外，本技术的基于FPGA、DSP及ARM的可编程交流电源数字平台易于升级且具有良好的可扩展性，可以作为逆变电源的通用平台。进一步的，所述数据采集模块包括依次连接的霍尔传感器、信号调理电路和高速AD转换器，霍尔传感器包括霍尔电压传感器和霍尔电流传感器，信号调理电路用于在高速AD转换器之前对霍尔传感器采集的电压、电流信号进行滤波、比例放大和限幅。进一步的，所述散热装置为风扇，风扇为最为简单的散热装置，通过调节风扇转速，即可调整散热的强度。风扇由FPGA驱动，用于加快整个系统的散热，避免系统工作过热而引发安全问题。所述显示电路为LCD显示电路。进一步的，现场可编程门阵列模块、数字信号处理器模块和ARM处理器模块均通过SCI接口两两相连，满足三者直接的通信要求。进一步的，数字信号处理器模块通过SPI接口与数据采集模块相连。进一步的，通信接口电路为RS232、USB、GPIB、Ethernet中的一种或任意几种的组合。可以根据需要设置一种或多种接口电路类型，实现系统的通信接口的标准化，便于同上位机相连，实现数据的远程监控。与现有技术相比，本技术技术方案的有益效果是:本技术的可编程交流电源数字平台，将FPGA与DSP、ARM组成一个闭环控制系统，可以实现可编程电源的高精度输出。FPGA通过温度检测电路实时监控系统温度，调节散热装置工作状态，以保证系统温度处在安全范围。同时FPGA实时对PFC、DC TO DC功率电路、DC TO AC功率电路异常状态的检测，及时响应各种异常中断；另外，本技术可编程交流电源数字平台，基于FPGA、DSP及ARM来实现，易于升级且具有良好的可扩展性，可以作为逆变电源的通用平台。附图说明图1为本技术的可编程交流电源数字平台结构示意图。图2为现场可编程门阵列模块内部逻辑功能框图。图3为数字信号处理器模块内部逻辑功能框图。具体实施方式以下结合附图详细描述本技术的实施例，附图中自始至终相同或相类似的标号标示相同或相类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。为了便于解释和说明，各个部分和结构的大小，并不代表实际尺寸，有夸大的，有缩小的，附图表示的仅是示意图，而非实物图。为了清楚具体地说明，有些公知功能和结构是省略的，对这些结构的说明也省略了。在本技术中，除非另有规本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程交流电源数字平台，其特征在于，包括依次连接的逆变器及信号采集系统、数控及显示平台系统、散热装置，其中：逆变器及信号采集系统包括温度检测电路、依次连接的逆变器核心电路、LC滤波电路和数据采集模块；逆变器核心电路包括依次连接的全桥整流电路、功率因素矫正电路、DC?TO?DC功率电路和DC?TO?AC功率电路；数控及显示平台系统，包括现场可编程门阵列模块、数字信号处理器模块、按键电路、LCD显示电路、ARM处理器模块和通信接口电路；现场可编程门阵列模块、数字信号处理器模块和ARM处理器模块两两相连，组成闭环控制系统；数字信号处理器模块与数据采集模块连接；散热装置、温度检测电路和现场可编程门阵列模块组成闭环控制系统，逆变器核心电路中的功率因素矫正电路、DC?TO?DC功率电路、DC?TO?AC功率电路均连接于现场可编程门阵列模块上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王家燃，蔡念，王晗，邹为民，梁恒军，陆满，林俊明，苏界伟，黄海波，孙盛，詹志鹏，吴志雄，朱增顶，黄裕樑，林文贤，梁均雄，林旭昇，陈旭韩，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：实用新型
国别省市：