[实用新型]基于FPGA芯片的功率单元控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，特别是公开一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，属于电力电子控制技术领域。

背景技术

随着电力电子器件的快速发展，电力电子相关的工业产品正在大量应用，逆变功率单元是电力电子产品的核心部件，对功率单元高性能的可靠工作要求越来越高，同时由于功率单元电流密度的不断提高，增大了功率单元的自身干扰，工作环境也越发恶劣，原有的一些控制系统在这种条件下由于抗干扰能力不强，采样精度不高引起的控制性能不高，故障保护机制不够强大，造成了功率单元运行的不可靠。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，以FPGA芯片作为算法控制主体，增强了系统程序的抗干扰能力；同时通过光纤驱动脉冲接口，增强了驱动信号的抗干扰能力；采用高精度的A/D转化芯片和调理电路，增强了采样精度、保证了算法的高性能；设计了丰富的功能接口，以满足现场的各种需求。所以，本实用新型基于FPGA芯片的功率单元控制系统可以保证功率单元可靠、高性能的运行。

本实用新型是这样实现的：一种基于FPGA芯片的功率单元控制系统，包括模拟信号输入电路、数模转换电路、运算单元、数据存储电路、模拟量输出电路、通讯接口、I/O接口，其特征在于：所述的运算单元采用FPGA芯片作为算法控制主体，称为主控芯片，光纤驱动电路直接与主控芯片相连，所述的模拟信号输入电路为模拟信号调理电路，与A/D转化芯片及主控芯片依次连接，所述的光纤驱动电路中含有直接与主控芯片相连的死区硬件电路，光纤驱动电路中还有光纤接口电路和电平转化芯片，与主控芯片依次相连。

所述的主控芯片分别与数据存储电路的三种不同功能的芯片相连，所述三种不同功能的芯片分别为用于存储运行参数及数据且掉电后数据不会消失的FRAM芯片、用于上电运行中的数据存储且掉电后数据消失的SRAM芯片及用于存储FPGA程序的EEPROM芯片。

通过FPGA芯片对所述模拟量输出电路的4-20mA模拟量输出和0-10V模拟量输出两种不同功能进行功能设定。

所述的模拟信号调理电路主要由模拟差分电路，有源低通滤波电路组成；同时还包括过流、过压故障保护电路，故障信号通过光耦隔离后进入FPGA芯片。

所述的通讯接口包含隔离RS485接口电路和隔离Profibus接口电路。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用高精度的电流、电压采样，可提供支持高性能的算法控制；设计采用FPGA芯片作为算法控制主体，以及光纤驱动脉冲接口，提高了系统的可靠性；本实用新型还设计了丰富的外部接口增强了系统的应用功能，满足现场的需求。

附图说明

图1  是本实用新型结构框图。

图2  是本实用新型FPGA芯片与数据存储芯片的连接示意图。

图3  是本实用新型模拟调理电路，过流过压故障保护电路与A/D芯片的连接结构框图。

图4  是FPGA与A/D芯片、光纤驱动脉冲接口、模拟量输出电路、通讯接口连接示意图。

其中图4中：1、FPGA芯片； 2、信号隔离芯片； 3、A/D转化芯片； 4、模拟量输出电路； 5、光藕隔离； 6、模拟量输出芯片； 7、光纤驱动脉冲接口电路； 8、死区硬件电路； 9、反相器； 10、光纤接口电路； 11、电平转化芯片I； 12、光纤发送器； 13、光纤接收器； 14、Profibus接口电路； 15、Profibus（VPC3+）芯片； 16、ADM2582芯片I； 17、RS485接口电路； 18、电平转化芯片II； 19、ADM2582芯片II。

具体实施方式

根据附图1，本实用新型基于FPGA芯片的功率单元控制系统包括作为主控芯片的FPGA芯片、模拟信号调理电路、过流过压故障保护电路、A/D芯片转化电路、数据存储电路、光纤驱动脉冲电路、模拟输出电路、I/O接口电路、通讯接口电路。