一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺的製作方法
2023-05-23 05:44:16
專利名稱：一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺的製作方法
技術領域：
本實用新型設計電力電子控制領域，為一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺。
背景技術：
目前，在級聯型電力電子變流器中，控制器普遍採用背板式結構。但由於級聯型變流器的控制量較多，光纖板、開關量板等板卡與主控板在背板上走線較多而且較長，往往會造成信號的不完整和信號之間互相干擾等問題，降低了裝置的可靠性和數據通信的實時性的要求。同時傳統的控制器對擴展性和使用的靈活性沒有考慮，不具有用戶定製的功能。
發明內容本實用新型要解決的問題是傳統的級聯型電力電子變流器的控制器存在信號幹擾，數據傳輸可靠性和實時性不能滿足要求，且擴展性不好。本實用新型的技術方案為一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺， 包括主控板、通訊板、調理板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板、電源板以及通過接插件與前述板卡相連的背板，通用控制平臺以基於FPGA的高速串行通訊SERDES總線為通用控制平臺的通訊總線，所述主控板、通訊板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板和擴展板分別連接基於FPGA的高速串行通訊SERDES總線，電源板向主控板、通訊板、調理板、 開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板和擴展板供電。背板上設有雙路電源自動切換電路，所述電源板為兩塊，電源板通過雙路電源自動切換電路向其它板卡供電。所述的擴展板為開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板或者其它的用戶定製的基於FPGA的板卡。所述的開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板在背板上的的接插件具有同樣的尺寸，因此開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板在背板上的相對順序是任意的。本實用新型提出了一種用於級聯型電力電子變流器的新型的通用控制平臺，它可以克服傳統控制器的缺陷，從而到達高速的數據處理和通訊能力、高度的可擴充性以及很好的可靠性，具有以下有益效果1、將高速數據總線引入背板設計，在大大簡化背板設計的同時，保證了信號完整性並且降低了 EMI輻射；2、加入了擴展板，使得用戶根據功能需求定製成為可能，從而保證了裝置的可擴展性和使用的靈活性；3、對控制平臺增加了雙路供電切換的功能，不同的電源供電以及電源的無縫切換使得整個級聯型電力電子變流器裝置具有更好的可靠性。4.由於具有同樣的接插件，開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板在背板上的相對順序可以是任意的，即這些位置的板卡是任意插入的，這樣可以根據現場情況進行布置，增加了裝置使用的靈活性。
圖1為本實用新型級聯型電力電子變流器的通用控制平臺的結構示意圖。圖2為本實用新型主控板和通訊板的原理框架圖。圖3為本實用新型光纖板、開關量輸入板、開關量輸出板、擴展板的原理框圖。
具體實施方式
如圖1所示，為本實用新型的用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺，包括主控板、通訊板、調理板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板、電源板以及通過接插件與前述板卡相連的背板。其中，背板為底層所示的板卡，雙電源自動切換電路和各板卡之間的連接線，包括數據總線和模擬量的連接線均在背板上進行布置。通用控制平臺以基於FPGA的高速串行通訊SERDES總線為通用控制平臺的通訊總線，所述主控板、通訊板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板和擴展板分別連接基於FPGA的高速串行通訊SERDES總線進行通訊；所述的擴展板可以為開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板或者其它的用戶定製的基於FPGA的板卡；所述的調理板將處理過後的模擬量同時輸入主控板和通訊板；所述的開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板在背板上的相對順序是任意的；兩塊電源板通過背板上的雙電源自動切換電路給其它板卡供電。本實用新型所採用的主控板和通訊板採用的是同一種原理結構，故而未分別予以畫出。如圖2所示，為本實用新型的主控板和通訊板部分的原理框圖，接插件1和接插件2 用於與背板連接，主控板和通訊板是基於DSP晶片+FPGA晶片的構架，DSP與FPGA之間通過FPGA自身構建的雙口 RAM進行數據通訊。FPGA通過接插件2與其他板卡之間構建高速串行通訊SERDES總線。DSP的數據和地址總線上掛靠有FLASH和ADC，分別用於數據和程序的存儲以及模擬量到數字量的轉換。在實際應用中，級聯型電力電子變流器需要一個良好的人機界面與控制器進行交互，所以板卡中預留有通訊埠。可以實現與上位機或者PLC 之間的通訊，具體可以選用工業上常用的RS485或者網絡口。另外，級聯型電力電子變流器可以用於高壓電機的調速等場合，所以此種板卡中與DSP相連的還有編碼器接口，用於電機的測速。如圖3所示，為本實用新型的開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板部分的原理框圖。此類板卡是基於FPGA晶片的，FPGA通過接插件2掛靠在高速串行通訊SERDES 總線上。FGPA通過隔離電路與接口電路相連接。所述的接口電路包括開關量輸出電路、開關量輸入電路、光纖電路以及其它用戶定製的電路。本實用新型是在改進傳統的控制器的基礎上實現的，基於FPGA的高速串行通訊 SERDES總線進行通訊。SERDES通訊採用以下措施突破了傳統並行I/O的數據傳輸瓶頸 一是採用差分信號傳輸代替單端信號傳輸，從而增強了抗噪、抗幹擾能力；二是採用時鐘和數據恢復技術代替同時傳輸數據和時鐘，從而解決了限制數據傳輸速率的信號時鐘偏移問題。故而，本實用新型背板所採用的通訊總線在確保了信號的完整性、可靠性並且降低EMI 的同時大大簡化了背板的設計。基於所述的擴展板可以為開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板或者其它的用戶定製的基於FPGA的板卡，使得裝置具有很好的可擴展性；所述的調理板將處理過後的模擬量同時給予主控板和通訊板；所述的開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板在背板上的接插件都具有同樣的尺寸和位置，並且各塊板卡採用這種總線的通訊方式使得接插件具有統一化的埠定義。上述的板卡可以採用相對順序任意的方式接入背板，這樣用戶在配置板卡時具有靈活性，可在不同的應用場合進行調整；所述的電源板通過背板上的電源自動切換電路給其它板卡供電，雙路電源供電並且無縫切換使得裝置具有更好的可靠性。
權利要求1.一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺，包括主控板、通訊板、調理板、 開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板、電源板以及通過接插件與前述板卡相連的背板，其特徵是通用控制平臺以基於FPGA的高速串行通訊SERDES總線為通用控制平臺的通訊總線，所述主控板、通訊板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板和擴展板分別連接基於FPGA的高速串行通訊SERDES總線，電源板向主控板、通訊板、調理板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板和擴展板供電。
2.根據權利要求1所述的一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺，其特徵是背板上設有雙路電源自動切換電路，所述電源板為兩塊，電源板通過雙路電源自動切換電路向其它板卡供電。
3.根據權利要求1或2所述的一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺，其特徵是所述的擴展板為開關量輸入板、開關量輸出板或光纖板。
4.根據權利要求1或2所述的一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺，其特徵是所述的開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板在背板上的接插件具有同樣的尺寸。
專利摘要一種應用於級聯型電力電子變流器的通用控制平臺，包括主控板、通訊板、調理板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板、擴展板、電源板以及通過接插件與前述板卡相連的背板，其中主控板、通訊板、開關量輸入板、開關量輸出板、光纖板和擴展板通過基於FPGA的高速串行通訊(SERDES)總線進行通訊；所述的調理板將處理過後的模擬量同時給予主控板和通訊板；所述的電源板通過背板上的電源自動切換電路給其它板卡供電。本實用新型所述的通用控制平臺具有高速的數據處理和通訊能力、高度的可擴充性以及很好的可靠性。
文檔編號G05B19/418GK202041823SQ201020648238
公開日2011年11月16日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者於鵬, 倪喜軍, 季振東, 趙劍鋒 申請人:東南大學