電力電子電路的數字化控制技術

4FPGA在電力電子電路中的應用

現場可編程門陣列（FPGA）屬于可重構器件，其內部邏輯功能可以根據需要任意設定，具有集成度高、處理速度快、效率高等優點。其結構主要分為三部分：可編程邏輯塊、可編程I/O模塊、可編程內部連線。由于FPGA的集成度非常大，一片FPGA少則幾千個等效門，多則幾萬或幾十萬個等效門，所以一片FPGA就可以實現非常復雜的邏輯、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)來對系統進行設計，采用三個層次（行為描述、RTL描述、門級描述）的硬件描述和自上至下(從系統功能描述開始)的設計風格，能對三個層次的描述進行混合仿真，從而可以方便地進行數字電路設計，在可靠性、體積、成本上具有相當優勢。比較而言，DSP適合取樣速率低和軟件復雜程度高的場合使用；而當系統取樣速率高（MHz級）、數據率高（20MB/s以上）、條件操作少、任務比較固定時，FPGA更有優勢[8]。FPGA已應用于逆變器控制系統[9]、直流電機調速[10]、PWM控制[11]等。

5電力電子電路控制技術發展趨勢

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

2）DSP＋FPGA結構DSP具有軟件的靈活性，而FPGA具有硬件的高速性，能夠處理復雜算法。因此，本結構有助于在設計中協調軟、硬件之間的關系，且對不同算法都有較強的適應能力。

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