電力電子電路的數(shù)字化控制技術(shù)

4FPGA在電力電子電路中的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）屬于可重構(gòu)器件，其內(nèi)部邏輯功能可以根據(jù)需要任意設(shè)定，具有集成度高、處理速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)主要分為三部分：可編程邏輯塊、可編程I/O模塊、可編程內(nèi)部連線。由于FPGA的集成度非常大，一片F(xiàn)PGA少則幾千個(gè)等效門，多則幾萬或幾十萬個(gè)等效門，所以一片F(xiàn)PGA就可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的邏輯、替代多塊集成電路和分立元件組成的電路。它借助于硬件描述語言(VHDL)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用三個(gè)層次（行為描述、RTL描述、門級(jí)描述）的硬件描述和自上至下(從系統(tǒng)功能描述開始)的設(shè)計(jì)風(fēng)格，能對(duì)三個(gè)層次的描述進(jìn)行混合仿真，從而可以方便地進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)，在可靠性、體積、成本上具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。比較而言，DSP適合取樣速率低和軟件復(fù)雜程度高的場(chǎng)合使用；而當(dāng)系統(tǒng)取樣速率高（MHz級(jí)）、數(shù)據(jù)率高（20MB/s以上）、條件操作少、任務(wù)比較固定時(shí)，F(xiàn)PGA更有優(yōu)勢(shì)[8]。FPGA已應(yīng)用于逆變器控制系統(tǒng)[9]、直流電機(jī)調(diào)速[10]、PWM控制[11]等。

5電力電子電路控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

單片機(jī)、DSP、FPGA等在電力電子電路的控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，雖然它們較之模擬控制電路有許多共同的優(yōu)良特性，但是它們也各有其獨(dú)到之處。隨著電力電子電路的日趨高頻化和復(fù)雜化，上述芯片的單一采用往往難以達(dá)到期望的控制效果，因此，各種控制芯片的混合使用將成為控制電路的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。 1）單片機(jī)＋DSP結(jié)構(gòu)比如，在UPS中，DC/DC、AC/DC的控制可以采用單片機(jī)，而DC/AC的控制則采用運(yùn)算速度和頻率更高的DSP芯片。

2）DSP＋FPGA結(jié)構(gòu)DSP具有軟件的靈活性，而FPGA具有硬件的高速性，能夠處理復(fù)雜算法。因此，本結(jié)構(gòu)有助于在設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)軟、硬件之間的關(guān)系，且對(duì)不同算法都有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。

3）嵌入DSP模塊的FPGA將具有基本數(shù)字信號(hào)處理功能的DSP模塊嵌入到FPGA中，這樣FPGA提供的DSP性能可以達(dá)到每秒1280億MAC，將大大高于目前主流DSP的性能[8]。