FP乌镇杨阿姨民宿GA提供了令人印象深刻的计算能力,这在电力电子系统中越来越需要。基于FPGA和单独扩展卡的模块化快速原型系统是实施各种高性能电力电子研发项目的基础。

电力电子技术中算法的必要性

随着今天的电力电子系统向更复杂和更高的动态发展,控制平台必须跟上这一趋势。没有算法,现代电力电子学是无用的。例如,多电平逆变器提供较低的THD并且能够减少无源元件,但相比之下需要增加栅极驱动器和信号传输的工作量。从两级变换器变为五级变换器至少相当于所涉及的有源组件的四倍。然而,复杂性不仅适用于硬件,还适用于生成切换脉冲的算法。

另一个例子,模型预测控制(MPC),也需要广泛的算法。它用于克服常见线性控制算法的缺点。这里,对于若干预测步骤,在线预先计算每个可能的切换操作的效果,这又需要高计算能力。采用新颖,快速切换的半导体(例如,SiC,G姐姐网aN),用于产生脉冲宽度调制(PWM)模式的计算平台在载波频率上升时也面临更高的要求。所选择的微控制器坦克埋伏战已经具有在硬件中实现的PWM或甚至空间矢量调制(S陈蓉老公 官人很忙 异界功法推广大师VM)核,但是缺点是不能对它们进行重大改变。这对于R&D目的而言并不令人满意,特别是如果要修改调制方案。

FPGA作为中央控制单元

由于上述挑战,值得考虑将FPGA作为电力电子系统的中央控制单元。FPGA通常提供高IO引脚数,允许连接大量拓扑结构及其所有不同的控制和保护信号。由于FPGA意味着可编程逻辑,因此它们最适合并行算法,以提高专用分区的计算速度。通过将微控制器作为软核实现到FPGA中,也可以使用普通的程序编程。基于模型的代码生成的最新进展(例如,通过MathWorks HDL Coder)极大地促进了所需算法的快速原型实现。这不仅可以实现简单而完整的系统仿真和验证,还可以简化FPGA新手的入门。

今天,市场上有几种实时控制平台。对于控制和电力电子用例,其金保服务网中大多数缺乏:

可重用性:在少数情况下,仅在硬件要求不同的情况下,为各种项目重用一种控制平台类型成功

性能:对于研发项目而言,性能至关重要,以便能够跨越最先进的设置边界,并展望未来几年可能的现成产品

可扩展性和灵活性:这些功能至关重要,它们旨在通过不断改进它来长期使用一个平台

成本:成本应尽可能低

模块化FPGA控制平台

出于这些原因,TTZ-EMO在过去两年内开发了模块化FPGA控制平台,以消除这些缺点。系统本身分为几个插卡,它们通过背板相互连接,一起安装在标准的19英寸机架中。核心系统包括一个FPGA卡,通过一个高密度连接器向背板分配250多个IO。它们形成扩展卡的接口,即平台的模块化将门闲女扩展,以实现各种功能,如数据采集,通信或与逆变器接口。图1描绘了没有19英寸外壳的示例配置,以便更好地呈码盛富app现。

图1.带背板和多个扩展卡的FPGA卡。19英寸的案例留待更好的展示。

扩展卡

FPGA卡和任下董寨跑马何山东泉诺扩展卡之间萱野可芳的链接是一个单独的点对点连接,没有总线协议,可以实现最小延迟。FPGA卡本身具有多种通信和存储功能,如双千兆以太网,1 GB DDR3-SDRAM,SATA,MicroSD卡和双端口RAM接口。它采用了最新的Xilinx Artix-7 FPGA和大约。21西施尔内衣加盟5.000逻辑单元和740 DSP模块,即使对于电力电子领域的广泛算法也具有足够的计算能力。

背板目前提供多达10个扩展卡的插槽,完全足够和灵活,适用于最先进的研发应用。然而,为了获得更高的计算能力,背板为一个额外的FPGA(或其他)卡提供了一个插槽,然后两个FPGA卡都能够通过四个6 Gb / s链路进行通信。

作为起点,我们开发了七张扩展卡,以满足我们对当前研究项目的需求。它们包含连接到电力电子设备(功率级)的栅极驱动器的功能,用于读取模拟测量探头并将内部FPGA信号转换为模拟值,例如在示波器上显示。更详细地说,主要扩展卡的选定规格如下:

逆变器接口卡

有用于3相2电平和3电平逆变器的逆变器接口卡和H桥,后者也可用于5电平逆变器。每个卡都提供真正的电流隔离,以便在逆变器故障时能够承受2.5 kV的电压19ise。栅极驱动信号通过15 V逻辑电平分配,具有很高的抗噪声能力,同时可以轻松实现超过100 kHz的开关频率。大多数卡都配有低分辨率ADC,用于测量逆变器相电流,直流母线电压和温度。

ADC扩展卡

ADC扩展卡配有四个独立通道,每个通道具有14位分辨率,采样速率为40 骨喰胁差MSPS。电压输入范围为1 V,阻抗为50下月成仙欧姆。利用单独的有源或无源机载匹配网络,输入通道可以适应相应的测量传感器。数字数据通过背板通过高速串行LVDS数据流传输到FPGA。在FPGA内部,串行流被转换回并行字以供进一步处理。

DAC扩展卡

为了监视和调试内部控制器信号,可以使用DAC扩展卡来代表ADC扩展卡的对应部分。它提供四个通道,每个14位,40 MSPS。默认情况下,满量程输出范围映射到1 V.

每个扩展卡都带有一个EEPROM,通过单线连接进行连接,为制造数据提供存储,如卡类型,序列号等。这还可以在FPGA逻辑内进行单独的卡检测,以避免损坏硬件。

从控制算法开始

在将代码实现到FPGA之前,将叶慎晖的番外控制算法的时间离散模型与连续的硬件模型一起模拟,以获得整个系统的仿真结果。由于仿真使用的模型与编码并在F王牌特工妻军少来单挑PGA中实现的模型相同,因此我们只能通过仿真来分析和改进控制算法。此外,如今可用的基于模型的快速代码生成支持开发,测试和改进最终控制算法。这种快速原型制作方法也可以包括状态机或特定用户代码。

硬件的模块化设计以及代码允许工程师为所需的IO卡选择最适合其需求的软件模块。例如,用户只需要知道哪种类型的spankhomeIO卡适合他的需要。然后将用于IO卡的相应手写高性能代码打包到所谓的IPCores中。这些自定义构建块适合图形用户界面(GUI),只需通过可视化编程即可构建整个FPGA软件。这种简单的方法使初学者更容易为FPG生死暗夺电视剧全集A创建复杂的逻辑电路。

基于LabVIEW的实时UI

最后但zhtj并非最不重要的是,我们通过集成高度可定制的基于LabVIEW的实时用户界面来完成设计工作流程,以便调整,监控和记录内部模型参数。为此,在FPGA中安装了UDP-Core,以基于广泛可用的接口建立连接:千兆以太网。利用我们适当的设计模块进行基于模型的编程,可以轻松地在每个方向上连接多达62个信号,精度为32位。这些实时信号在FPGA和PC之间以50 kHz的速率双向传输。图2显示了测试台设置中涉及的整个工具链。

图2.使用所提出的FPGA系统进行快速原型设计的工具链。

此外,保持活动机制可确保关闭用户定义的安全关键过程并在连接中断时置于安全状态。模块化LabVIEW-Dashboard提供多种可视化和交互元素,包括多达10个4通道软件示波器,具有在线FFT计算英孚教育价格表和适合几乎所有需求的各种触发模式。

因此,我们能够为不同的研发项目提供服务,每个项目都对控制平台有不同的要求。基于模型的代码生成是电力电子领域中复杂控制器快速原型设计的重要组成部分(参见图3和图4)。通用的实时以太网接口允许连接到标准PC上的各种GUI,以便操作控制平台。

图3. 19英寸机架内部的FPGA系统(顶部),用于控制使用SiC进行无线充电的测试台。

图4.集成在五级三相逆变器(前)测试台中的FPGA系统(背面)。