FPGA構成3/3相雙繞組感應發電機勵磁控制系統 1

系統簡介

3/3相雙繞組感應發電機帶有兩個繞組：勵磁補償繞組和功率繞組，如圖1所示。勵磁補償繞組上接一個電力電子變換裝置，用來提供感應發電機需要的無功功率，使功率繞組上輸出一個穩定的直流電壓。

圖1中各參數的含義如下：

isa，isb，isc--補償繞組中的勵磁電流;

usa，usb，usc--補償繞組相電壓;

ipa，ipb，ipc--功率繞組電流;

upa，upb，upc--功率繞組相電壓;

udc--二極管整流橋直流側輸出電壓;

uc--變流器直流側電容電壓。

電力電子變換裝置由功率器件及其驅動電路和控制電路兩部分組成。功率器件選用三菱公司的智能功率模塊(IPM)PM75CSA120PM75CSA120(75A/1200V)，驅動電路使用光耦HCPL4502HCPL4502。控制電路由DSP+FPGA構成。

2 EPM7128EPM7128與TMS320C32TMS320C32同外設之間的接口電路

圖2所示為控制電路的接口電路。控制電路使用的DSP是TMS320C32TMS320C32，它是TI公司生產的第三代高性能的CMOS 32位數字信號處理器，其憑借強大的指令系統、高速數據處理能力及創新的結構，已經成為理想的工業控制用DSP器件。其主要特點是：單周期指令執行時間為50ns，具有每秒可執行2200萬條指令、進行4000萬次浮點運算的能力;提供了一個增強的外部存儲器配置接口，具備更加靈活的存儲器管理與數據處理方式。控制電路使用的FPGA器件為ALTERA公司的EPM7128EPM7128，它屬于高密度、高性能的CMOS EPLD器件，與ALTERA公司的MAXPLUS II開發系統軟件配合，可以100%地模仿高密度的集成有各種邏輯函數和多種可編程邏輯的TTL器件。采用類似器件作為DSP的專用外圍集成電路(ASIC)更為經濟靈活，可以進一步降低控制系統的成本。

電壓檢測使用三相變壓器，電流檢測使用HL電流傳感器。電平轉換電路用來將檢測到的信號轉換為0～5V的電平。A/D轉換器選用ADS7862ADS7862。保護電路使用電壓比較器311得到過壓/過流故障信號。 DSP完成以下四項工作：數據的采集和處理、控制算法的完成、PWM脈沖值的計算和保護中斷的處理。

FPGA完成以下三項工作：管理DSP和各種外部設備的接口;脈沖的輸出和死區的產生;保護信號的處理。

3 使用FPGA實現DSP和ADS7862之間的高速接口

ADS7862ADS7862是TI公司專為電機和電力系統控制而設計的A/D轉換器。它的主要特點是：4個全差分輸入接口，可分成兩組，兩個通道可同時轉換;12bits并行輸出;每通道的轉換速率為500kHz。控制方法為：由A0線的值決定哪兩個通道轉換;由Convst線上的脈寬大于250ns的低電平脈沖啟動轉換;由CS和RD線的低電平控制數據的讀出，連續兩次讀信號可以得到兩個通道的數據。

系統中使用了兩片ADS7862ADS7862，它們的控制線使用同樣的接口，數據線則分別和DSP的高/低16位數據線中的低12位相連接。這樣DSP可以同時控制兩片A/D轉換器：4通道同時轉換;每次讀操作可以得到兩路數據。