通過可定制單芯片系統提高光伏逆變器的效率(下)

　　采用cSoC實現的設計技術

　　先進PV逆變器的大部分控制主要為信號處理。采用cSoC內的可編程結構，通過使用硬件加速技術，可增加計算能力，實現在嵌入式微控制器中無法切實實現的任何所需的DSP功能。實質上，通過FPGA結構的高度并行的特性來完成運算協處理。

　　快速傅里葉變換(Fast Fourier transform，FFT)是一項常用技術，用于過濾和清潔PV系統中逆變器的輸出信號，基于總體諧波失真(total harmonic distortion，THD)實施信號質量分析。然后將結果與電網波形進行比較，并相應地進行調整。可以使用嵌入式處理器，比如ARMCortex-M3處理器，或使用可編程序邏輯來實施FFT算法。這通常可在數十微秒內測量硬件實現的性能，而在微控制器中執行時，則需要數百微秒。無論何種情況，所要求的性能與設計相關(design-dependent)，因此，可以選擇硬件或軟件實現方案是一個優勢。僅僅可在結合了嵌入式處理器和可編程序邏輯的cSoC中找到這樣的靈活性。

　　對于有效控制功率開關元件，比如IGBT和MOSFET，PWM是必要的。由于存在著不同的PWM實施方案，因而選擇取決于系統需求。例如，在一個要求小占位面積的系統中，由于空間限制，可以利用資源共享技術，使用一個在數兆赫茲(multi-MHz)范圍頻率運行的高性能PWM狀態機——這項技術非常適合在可編程序邏輯中實施。

　　采用資源共享，通過分析逆變器輸出與電網供電波形的比較，在反饋回路中可以控制PWM輸入。而后，高頻PWM輸出被輸入到FIFO中，控制數KHz范圍的開關元件。此項設計技術還適用于單一器件控制多個開關電源的應用，比如多個微逆變器(microinverter)包含在單一封裝中的小型逆變器(mini-inverter)。相反地，在具有嚴格的功率預算要求的系統中，所用方法是將板級PWM器件集成在多個片上低頻PWM通道中。此方法立即降低了片外(off-chip)電源要求，并允許設計人員按照系統規范來定制PWM通道的精確數目和開關特性。此外，cSoC的可編程序結構允許設計人員實現應用所需的PWM通道的精確數目和配置。

　　高效低功率SmartFusion cSoC用于PV逆變器系統管理

　　美高森美提供一系列適合各級PV系統的產品，允許設計人員創建高度優化的可靠的并具有成本效益的低功率解決方案，根據特殊應用而定制，同時滿足所有的標準和法規。

　　美高森美利用FPGA和SoC的傳統優勢，通過SmartFusion cSoC(圖3)提升至另一個水平。　　

 

　　將SmartFusion的核心用作硬件加速器

　　PV控制器應用的設計人員可使用微控制器連同通用的FPGA作為他/她的解決方案平臺。然而，在PV應用中，需要DSP算法來控制功率因數校正，并將總體諧波失真從DC至AC轉換中去除。微控制器可作為信號處理算法的主機，但任何對性能的需求將很快超過微控制器的帶寬，此外，信號處理算法將與主應用程序爭奪處理器資源。

　　另一個方法是在硬件中實施所需要的DSP功能，構建DSP協處理器，與嵌入式微處理器一起運行。在這個替代方案中，將協處理器構建在cSoC的可編程序邏輯核心中。每當需要一個信號處理功能時，嵌入式微處理器呼叫協處理器，從微處理器中卸去此任務負載，同時達到所需要的信號處理能力。