[实用新型]基于SOPC技术的大功率逆变电源数字控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于SOPC技术的大功率逆变电源数字控制系统。

背景技术

大功率逆变电源在电力、焊接等领域应用十分广泛。随着单片机、DSP、FPGA等SOPC技术的发展，数字技术的应用，大幅提升了大功率逆变电源系统的控制精度、智能性、稳定性和人机交互的友好性。然而，在大功率逆变电源的工作场合，往往充满了各种强烈的电磁干扰和高频扰动，以焊接电源为例，由于焊接过程是一个包含了冶金、物理、化学等因素的复杂变化过程，逆变焊接电源作为一种能量转换设备，工作在强干扰复杂恶劣环境中，存在功率开关管的高频切换、整流二极管的冲击、外界电磁辐射等众多干扰因素，致使很多国产设备可靠性差，返修率高。因此如何提高数据高速获取和传输的准确性，已成为提升大功率逆变电源设备的关键。

可编程片上系统（System on a Programmable Chip，SOPC），是一种先进的嵌入式系统，采用单个芯片完成整个系统的主要功能，设计灵活。以现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）为例，是专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路系统，解决了定制电路和原有可编程器件门电路数有限的缺点，可在内部嵌入操作系统。然而，由于FPGA内部资源和性能的限制，在实际应用中往往采用“MCU+FPGA”、“DSP+FPGA”等双核或多核结构，各部分协调工作。但是，由于大功率逆变电源系统的强干扰条件，这对基于大量数据交换的双核或多核控制系统的可靠性和稳定性提出了严峻挑战，而基于单芯片的高可靠性控制系统，将能够大幅提高大功率逆变电源设备的抗干扰性，提升数据高速交换的准确性和系统可靠性，保证系统高速、稳定、安全地运行。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于SOPC技术的大功率逆变电源数字控制系统，该系统动态响应快，控制精度高，可靠性好，可广泛应用于对可靠性和稳定性要求较高的能量变换系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于SOPC技术的大功率逆变电源数字控制系统，包括：将模拟信号处理模块ACE、ARM Cortex M3内核、双口RAM以及底层控制器集成在一块芯片内部。

所述模拟信号处理模块ACE通过APB总线与双口RAM通信，所述ARM Cortex M3内核通过AHB总线与双口RAM通信，所述双口RAM与底层控制器通信。

所述模拟信号处理模块ACE包括：比较器、若干A/D转换电路以及D/A转换电路。

比较器与外部的保护电路连接，用于产生保护信号；电压电流信号经信号调理电路后进入A/D转换电路；D/A转换电路用于实现模拟量的输出。

所述底层控制器包括：数字滤波器、电压电流实时控制模块以及PWM信号发生器；双口RAM中的数据经数字滤波器后进入电压电流实时控制模块，最后输出至PWM信号发生器，产生脉冲驱动信号。

所述电压电流实时控制模块包括电压闭环控制器和电流闭环控制器。

所述ARM Cortex M3内核通过以太网、CAN总线、485总线、USB多种通讯接口实现与外部通信。

本实用新型的有益效果是：

（1）集成度高，系统成本和复杂度低，适应性强。

相比以往的多核结构系统和分散模拟器件搭建的电路，本系统采用的FPGA内部集成了数字电路设计和模拟电路及嵌入式系统等功能，大大降低了系统设计的风险和成本以及系统硬件电路设计的复杂性，大幅提升了系统设计的灵活性，可广泛应用于众多场合，适应性强。

（2）抗干扰性强，可靠性高，稳定性好。

系统能够减少数据长距离传输，重要数据的大量传输都将在芯片的内部高速完成，因此，系统具备极强的抗干扰性。本系统可根据实际工程应用的特殊性和多样性，实现不同的功能，因此，一致性好，便于产业化应用。

附图说明

图1为本实用新型大功率逆变电源数字控制系统结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：

一种基于SOPC技术的大功率逆变电源数字控制系统，包括：将模拟信号处理模块ACE、ARM Cortex M3内核、双口RAM以及底层控制器集成在一块芯片内部。模拟信号处理模块ACE通过APB总线与双口RAM通信，ARM Cortex M3内核通过AHB总线与双口RAM通信，双口RAM与底层控制器通信。