电力电子变换器通用控制平台DSP+FPGA

一、概述

随着电力电子技术快速发展,各种高性能的电力电子变换拓扑结构及控制算法层出不穷,各种电力电子变换器对核心控制平台的要求既存在共性，也有差异。如果为不同的变换器分别开发专用控制平台,则耗时长,成本高。而开发电力电子变换器通用控制平台则相对效率高,成本低,而且既有利于软件和硬件的模块化和通用化，同时硬件平台的扩展也更加灵活。像国际知名企业ABB和西门子等都采用了通用平台和单元的技术。一个典型的控制系统平台主要包括上位机、电力电子变换器控制器、传感器、电力电子主电路等组成，其主要组成框图如下图所示。

二、通用控制平台核心处理器

       电力电子变换器核心控制平台主要的功能包括：CPU运算运算能力、外部接口扩展、通信、保护、数字量和模拟量的输入输出、信号逻辑处理以及常用的总线协议接口，本核心控制平台采用DSP和FPGA架构，DSP采用TI公司的TMS320F28377D，FPGA采用赛灵思公司Spartan6系列的XC6SLx25-FGG484C。

1、DSP关键特性
（1）双核架构，包括两个主频为200MHz的F28 32位CPU、单精度浮点单元FPU、三角函数运算单元TMU、复数运算单元VCU、两个主频200MHz的可

编程的加速运算器CLA；
（2）1.2V内核、3.3V IO电源供电方式；
（3）两个外部存储器接口EMIF、双6通道DMA控制器；
（4）多达 169 个支持输入滤波的独立可编程、复用通用输入/输出 (GPIO) 引脚；
（5）USB2.0接口、通用并行端口uPP、CAN接口、SPI接口、McBSP接口、SCI接口、I2C接口；
（6）多达四个AD转换器，可配置成24路12位或者12路16位的运行模式、8路12位DA输出；
（7）12对PWM模块、6个eCAP模块、3个eQEP模块、8个Δ-Σ滤波器模块(SDFM)输入通道；

2、FPGA关键特性
本通用控制平台采用的FPGA芯片为Xilinx公司Xc6SLx25-FGG484,具有24051个逻辑单元，936k分布式RAM，38DSP Slice，32个专用乘法器，10个时钟管理模块，266个用户可配置IO管脚，配置灵活，资源丰富。FPGA作为硬件控制的核心，其主要任务包括：

（1）与DSP的并口通信接口单元、控制单元外围硬件电路模块的的管理和调度、AD采样电路、IO控制电路、IGBT驱动脉冲的产生、驱动状态反馈电路等，都需要由FPGA进行控制和管理，以实现各自的功能；（2）通过FPGA的信号处理实现任意路数PWM脉冲的载波模块生成，及PWM脉冲最小脉宽、死区逻辑等处理；

（3）底层数据处理，即FPGA对外围电路进行控制，获取底层电力电子主电路系统、电机系统、电网系统等运行状态等数据和信息，并将其进行基本的数据处理之后传递给DSP；

（4）与上层控制器之间的通信，包括实时工业以太网及各种现场总线协议的接口。

三、通用控制平台硬件功能架构

本通用控制平台核心硬件架构如下图所示，应用者可在DSP和FPGA上进行相应的程序开发。

(来源：电力电子及电机控制)