基于FPGA的逆变控制系统的研究

2012-10-22 21:05:33来源: 现代电子技术
   

摘要:在研究Delta变换型UPS拓扑结构的基础上,通过改进逆变器的控制方法,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的SPWM控制器实现方案。该控制器具有载波、调制波的频率和幅度均可在线调节,死区时间可预置,并具有闭环调节功能等特点。整个电路通过FPGA芯片实现,采用硬件描述语言(VHDL)与原理图输入相结合的方法,完成了整个功能模块的设计,使得控制系统更加简单可靠。对所设计的控制器进行了功能和时序仿真,仿真结果验证了设计的正确性和可行性。
关键词:Delta变换型UPS;现场可编程门阵列;正弦脉宽调制;逆变器

0 引言
    UPS(Uninterrupted Power Suapply)又称为不间断电源,它通常被置于市电电网和用电负载之间,其目的是改善对负载的供电质量,并在市电故障时,保证负载设备的正常运行。随着电力电子技术的发展,一种全新的UPS拓扑被提出,即Delta变换型UPS。这种UPS由两个变换器构成,既保留了传统在线式UPS的全部在线功能和输出电压高质量,又使得很多关键性能指标得到改善,不仅消除了对电网的污染,更重要的是输出能力高、可靠性强,可以说是目前比较理想的UPS系统。
    除了主功率拓扑以外,UPS的控制部分对其整体性能的影响也是至关重要的。当今逆变控制器多以通用微处理器(DSP/MCU)为核心进行全数字化控制,这种以软件为主的方案较大程度上依赖于微处理器的性能,从而限制了逆变器性能的发挥。FPGA以其可靠性高、功耗低、保密性强、灵活的程序设计等特点,大大简化了控制系统结构,并可实现多种高速算法,具有较高的性价比。与由纯软件控制的数字系统相比,它用硬件连线实现算法,加快了运算速度,可以实现真正意义上的并行计算,提高了系统抗干扰性能。为此,近几年来逆变控制器的FPGA实现技术的研究越来越受到关注,已成为逆变控制器发展的新方向之一。

1 Delta变换型UPS的结构
   
Delta变换型UPS主要由Delta变压器、Delta逆变器、主逆变器、主静态开关、旁路静态开关、输入/输出滤波器及蓄电池组等部分构成(见图1)。Delta逆变器通过Delta变压器串联在市电电源与负载之间,其容量约为系统总容量的20%,主逆变器并联在系统输出端,其容量等于UPS系统容量。当输入电源电压波动小于±15%,频率波动小于±3%时,由Delta逆变器和市电电源共同对负载供电,其稳压精度为±1%(其中85%~100%来自市电电源,0%~15%来自Delta逆变器);当输入电源超过上述电压和频率范围时,系统转入蓄电池供电方式,由主逆变器为负载提供100%的不间断纯净正弦波电源。市电正常时,Delta逆变器只需补偿与市电电压和系统输出电压差有关的功率,故损耗小,效率高,功率余量大,过载能力强。

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关键字:FPGA  逆变控制系统

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/1022/article_3213.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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