一種變頻器控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子電路技術(shù)，特別地，涉及一種變頻器控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物一變頻器在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域如冶金、石油、電力、船舶等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并作為節(jié)能先鋒發(fā)揮著越來越重要的作用。
[0003]變頻器的控制器是變頻器控制的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，直接關(guān)系到變頻器的控制品質(zhì)以及系統(tǒng)可靠性。它的主要作用是根據(jù)系統(tǒng)采集的電壓電流信號進(jìn)行一系列復(fù)雜的運(yùn)算，產(chǎn)生驅(qū)動功率單元的PWM脈沖，實(shí)現(xiàn)高性能、高精度、快速響應(yīng)的實(shí)時控制。同時根據(jù)從外部接收到的控制命令實(shí)現(xiàn)邏輯控制、控制參數(shù)傳遞以及實(shí)時通信等，如此大的數(shù)據(jù)量對數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)時性要求極高。
[0004]目前，國內(nèi)外變頻器普遍采用的控制方案有三種:
[0005]一，DSP+FPGA控制架構(gòu)，此方案的的缺點(diǎn)在于使用定點(diǎn)DSP時在處理浮點(diǎn)數(shù)據(jù)時存在較大限制，并且只能使用DSP的EMIF接口與外部設(shè)備以及FPGA交換數(shù)據(jù)，在外部設(shè)備較多的情況下影響數(shù)據(jù)的傳輸速率，最終影響系統(tǒng)的控制精度和控制可靠性，且很難實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)記錄和融入嵌入式操作系統(tǒng)并提升故障診斷和用戶體驗(yàn)。
[0006]二，ARM+DSP+FPGA控制架構(gòu)，此方案在數(shù)據(jù)記錄和融入嵌入式操作系統(tǒng)并提升故障診斷和用戶體驗(yàn)方面有較大提升，但是仍無法解決ARM和DSP芯片與FPGA芯片之間使用EMIF接口交換數(shù)據(jù)并影響數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率問題，也很難在一片DSP芯片中同時實(shí)現(xiàn)多重整流和逆變控制。
[0007]三，定制MCU控制架構(gòu)，此方面雖然可以解決外設(shè)接口和數(shù)據(jù)交互接口以及多重控制問題，但對于一般的中小企業(yè)而言，定制芯片必然帶來較大的成本投入，一般企業(yè)無法承受。
[0008]以上三種方案均無法解決使用低成本的商用控制芯片的外設(shè)控制總線和數(shù)據(jù)交互總線獨(dú)立帶來的大數(shù)據(jù)吞吐速率低及多重控制的問題。針對現(xiàn)有技術(shù)中無法使用低成本的商用控制芯片的外設(shè)控制總線和數(shù)據(jù)交互總線獨(dú)立帶來的大數(shù)據(jù)吞吐速率低及多重控制的問題，目前尚未有有效的解決方案。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]針對相關(guān)技術(shù)中變頻器控制器無法使用低成本的商用控制芯片的外設(shè)控制總線和數(shù)據(jù)交互總線獨(dú)立帶來的大數(shù)據(jù)吞吐速率低及多重控制的問題，本實(shí)用新型的目的在于提出一種變頻器控制器，該變頻器控制器能提升大數(shù)據(jù)吞吐效率，解決速率降低的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同一芯片完成變頻器邏輯控制以及多重整流和逆變控制，并融入故障自診斷和提升用戶體驗(yàn)功能，最終實(shí)現(xiàn)變頻器的快速響應(yīng)實(shí)時控制。
[0010]基于上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供了一種變頻器控制器。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型提供的變頻器控制器一種變頻器控制器，其特征在于，包括MCU單元、FPGA單元、外部接口單元、數(shù)據(jù)采集單元、時鐘發(fā)生單元、以及電源變換單元，其中:
[0013]MCU單元用于對系統(tǒng)進(jìn)行邏輯與算法控制；
[0014]FPGA單元連接至MCU單元，F(xiàn)PGA單元接收數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)并根據(jù)MCU單元的控制命令控制驅(qū)動單元的數(shù)據(jù)流流向；
[0015]外部接口單元連接至MCU單元，MCU單元可通過外部接口單元進(jìn)行人機(jī)界面通信、實(shí)時控制與數(shù)據(jù)傳輸；
[0016]數(shù)據(jù)采集單元連接至FPGA單元，數(shù)據(jù)采集單元可采集外界的數(shù)字與模擬信號用于系統(tǒng)保護(hù)與邏輯控制；
[0017]時鐘發(fā)生單元連接至MCU單元與FPGA單元，時鐘發(fā)生單元的兩個有源晶體電路CLKA與CLKB分別為MCU單元與FPGA單元提供時鐘信號，滿足處理器運(yùn)行需要；
[0018]電源變換單元連接至MCU單元與FPGA單元，電源變換單元為MCU單元與FPGA單元提供1.2V、3.3V、1.8V的直流電。
[0019]其中，MCU單元包括ARM9處理器、浮點(diǎn)DSP處理器、EMIF接口、DDR接口、UPP總線接口，其中:
[0020]ARM9用于對系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制，浮點(diǎn)DSP用于對系統(tǒng)進(jìn)行算法控制，EMIF接口連接至NAND FLASH存儲器，DDR接口連接至DDR2存儲器，其中，NAND FLASH存儲器用于存儲DSP和ARM的操作系統(tǒng)文件、應(yīng)用程序、故障記錄數(shù)據(jù)，DDR2存儲器用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序以及DSP實(shí)時數(shù)據(jù)的緩存；
[0021 ] MCU單元通過UPP接口與FPGA單元相連，MCU單元通過UPP接口實(shí)現(xiàn)MCU單元與FPGA單元的控制數(shù)據(jù)和命令信息的實(shí)時交互，浮點(diǎn)DSP通過UPP接口接收來自FPGA單元采集的電流電壓等信號并產(chǎn)生PWM控制脈沖再通過UPP接口送往FPGA單元；
[0022]ARM9通過UPP接口接收來自FPGA單元的外部狀態(tài)信號完成變流器的邏輯控制，ARM9和DSP之間通過其內(nèi)部的共享RAM單元交換數(shù)據(jù)并完成整個變流器邏輯的控制。
[0023]FPGA單元內(nèi)部通過硬件描述語言編程提供UPP接口的底層驅(qū)動程序，F(xiàn)PGA單元將實(shí)時采集的模擬量和數(shù)字量等數(shù)據(jù)上傳給MCU單元，F(xiàn)PGA單元將MCU單元下發(fā)的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后送往除MCU單元以外的其他變頻器部件。
[0024]外部接口單元包括用戶現(xiàn)場總線接口、UART接口、USB接口、以及以太網(wǎng)接口，其中，UART接口包括RS232接口與RS485接口；用戶現(xiàn)場總線接口為擴(kuò)展卡型接口，用戶現(xiàn)場總線接口可擴(kuò)展連接至以下現(xiàn)場總線接口卡之一:PROFIBUS，CAN, FLEXRAY ；ARM9可通過用戶現(xiàn)場總線接口的PROFIBUS接口實(shí)現(xiàn)與外部PLC控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制和數(shù)據(jù)傳輸，ARM9可通過RS485接口利用MODBUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與面板人機(jī)界面通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制和參數(shù)傳遞，上位機(jī)可以通過以太網(wǎng)或通用串行接口進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控、故障記錄、程序下載，USB接口可以實(shí)現(xiàn)程序更新和故障記錄下載功能。
[0025]數(shù)據(jù)采集單元包括模擬量數(shù)據(jù)采集與數(shù)字量數(shù)據(jù)采集，其中，模擬量的采集使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓電流等模擬量轉(zhuǎn)換為MCU可識別的數(shù)字量用于算法控制，同時本單元需要對采集的模擬量進(jìn)行過壓或過流識別，并產(chǎn)生保護(hù)信號送往FPGA單元和MCU單元用于系統(tǒng)保護(hù)；數(shù)字量的采集使用光耦器件將外部的數(shù)字量信號進(jìn)行隔離并轉(zhuǎn)換為MCU可識別的數(shù)字量用于邏輯控制。
[0026]電源變換單元輸入為5V，5V電源經(jīng)過濾波電路處理后為系統(tǒng)的數(shù)字5V供電，同時5V電源經(jīng)過三個輸出電壓固定為1.2V、3.3V、1.8V的DC/DC轉(zhuǎn)換器為MCU單元與FPGA單元供電，其中，MCU需要3.3V為其外圍電路供電，1.8V和1.2V為其內(nèi)核供電，F(xiàn)PGA需要3.3V為其外圍電路供電，1.2V為其內(nèi)核供電。
[0027]變頻器控制器還包括復(fù)位單元，復(fù)位單元連接至所述MCU單元與所述FPGA單元，復(fù)位單元為控制器提供復(fù)位，保證系統(tǒng)上電期間為控制器提供500ms的持續(xù)復(fù)位，使系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的進(jìn)入工作狀態(tài)；復(fù)位單元實(shí)時監(jiān)控5V、3.3V、1.8V、1.2V電源，在系統(tǒng)電源瞬間掉電的情況下，對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)；FPGA單元需要為復(fù)位單元提供喂狗信號，如果復(fù)位單元看門狗連續(xù)1.6s收不到喂狗信號，復(fù)位單元會判定控制器死機(jī)并對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)性封鎖。
[0028]從上面所述可以看出，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案通過使用MCU+FPGA的雙核結(jié)構(gòu)，MCU與FPGA之間采用其內(nèi)部的UPP總線交換數(shù)據(jù)，MCU的EMIF接口配置一片NAND FLASH用于用戶數(shù)據(jù)存儲，DDR總線接口配置一片DDR2用于數(shù)據(jù)緩存，由于采用專用的UPP接口并釋放出EMIF接口，解決了單一控制芯片的數(shù)據(jù)總線外設(shè)過多影響數(shù)據(jù)交互的實(shí)時性，極大的增強(qiáng)了數(shù)據(jù)吞吐量減少了芯片的外圍配置器件，可同時實(shí)現(xiàn)一片MCU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邏輯控制和多重整流和逆變控制，降低了設(shè)計成本且系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式簡單，同時嵌入操作系統(tǒng)到MCU中，加入系統(tǒng)自診斷功能，提升用戶體驗(yàn)，可方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冗余設(shè)計。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)