CN1804742A

CN1804742A - 基于嵌入式加数字信号处理的电力电子数字控制平台

Info

Publication number: CN1804742A
Application number: CN 200510122963
Authority: CN
Inventors: 赵剑峰; 刘永超; 恽瑞金; 姚军; 杨振宇
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-07-19

Abstract

基于嵌入式加数字信号处理的电力电子数字控制平台是一种用于有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制等电力电子应用领域的装置，该控制平台以DSP(9)和ARM(16)为中心，其中，DSP(9)分别与DSP电源电路(1)、外扩I/O口(2)、AD输入(3)、外扩两片RAM(4)、DSP调试口(6)、PWM输出口(7)、DSP复位晶振电路(8)、DSP(9)、继电器控制检测接口(10)相连接；ARM(16)分别与ARM电源(11)、ARM复位(12)、液晶显示器接口(13)、ARM调试口(14)、键盘(15)、ARM(16)、与上位机串行接口(18)相连接；DSP(9)与ARM(16)之间由异步串行口(5)相连通。该数字控制平台可通用于在有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制等电力电子应用领域。

Description

基于嵌入式加数字信号处理的电力电子数字控制平台

技术领域

本发明是一种用于有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制等电力电子应用领域的装置，涉及一种电力电子领域的通用数字控制平台。

背景技术

数字化技术随着信息技术的发展而飞速发展，同时，也对电力电子技术的发展起到了巨大的推动作用。随着数字信号处理技术的日益完善和成熟，它显示出了越来越多的优点，诸如便于数字处理器的处理和控制；避免模拟信号的传递畸变和失真；减少杂散信号的干扰；便于自诊断，容错等技术的植入等。在数字处理器进入电力电子技术领域的初期，只是完成诸如监控、显示等辅助功能，实现系统级的控制。但是，随着数字化技术的发展，数字处理器已经被应用于控制电路。专用于PWM变换器的数字控制器由于其功耗低，对模拟电路部分参数变化不敏感，可以方便地和数字系统相连接，并且可以方便地实现完善成熟的控制方案，而越来越受欢迎。数字控制的电力电子装置以数字控制器代替模拟硬件电路进行PWM控制，通过开关的快速切换实现电量的变换。

在有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制等电力电子应用领域中都会有PWM脉冲和数字信号处理等部分。这样的场合，开关频率要求比较高，信号处理实时性要求也比较高。以前设计人员都是根据自己的项目进行硬件设计，设计出的硬件缺乏通用性，造成了大量人力、财力和精力的浪费。有关参数、设置的修改也要到程序里面进行，因此，极为不方便。存在人机界面不友好、控制程序编写复杂、困难等缺点。

发明内容

技术问题：本发明的发明目的是提供一种基于嵌入式加数字信号处理的电力电子数字控制平台，该数字控制平台可通用于在有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制等电力电子应用领域，节约了因不同的电力电子控制应用场合而带来的开发人力和财力。具有友好的人机界面，并能使产品程序开发简单。

技术方案：采用嵌入式加数字信号(ARM+DSP)的模式。ARM与DSP通过串口通信。ARM主要负责与上位机通信、与液晶显示器和键盘接口等外围设备的控制与通信，ARM中移植μC/OS-II操作系统；DSP主要负责脉冲的触发、信号的采集和处理等。

本发明的基于ARM+DSP的电力电子通用数字控制平台以DSP和ARM为中心，其中，DSP分别与DSP电源电路、外扩I/O口、AD输入、外扩两片RAM、DSP调试口、PWM输出、DSP复位晶振电路、DSP、继电器控制检测接口相连接；ARM分别与ARM电源、ARM复位、液晶显示器接口、ARM调试口、键盘、ARM、与上位机串行接口相连接；DSP与ARM之间由异步串行口相连通。

DSP即DSP芯片“U9”的数据口“D0-D15”分别与外扩I/O口即I/O电路“U2”、外扩两片RAM即RAM电路“U3、U4”的数据口相连接，DSP即DSP芯片“U9”的“144、139、142、135、90、91、120”端与DSP调试口相接，DSP即DSP芯片“U9”的“61、69、8、6、2、126、131”端与继电器控制检测相接，DSP即DSP芯片“U9”的“56、54、52、47、44、40、65、62、99、55、46、38”端与PWM输出相接。

ARM即数字信号处理电路“U8”的“6”端与ARM复位的输出端即放大器“U10A”的输出端相接；数字信号处理电路“U8”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端分别对应与液晶显示器接口即接口电路“J5”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端相接；数字信号处理电路“U8”的“RS、R/W、E、RRT_”端分别对应与ARM调试口即调试口电路“J6”的“RS、R/W、E、RRT_”端相接；数字信号处理电路“U8”的“13、14”端对应接与上位机串行接口即串行接口电路“U11”的“9、10”端。

有益效果：能很好满足电力电子控制领域对信号处理的实时性要求；通用于有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制等电力电子应用领域，节约了开发成本，加快了开发周期；键盘、液晶显示器等外围设备使人机界面友好；丰富的输入输出口能满足电力电子控制领域的各种要求；ARM中移植的μC/OS-II操作系统使编程简化并使程序优化。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图。其中有：DSP电源电路1、外扩I/O口2、AD输入3、外扩两片RAM 4、异步串行口5、DSP调试6、PWM输出口7、DSP复位晶振电路8、DSP 9、继电器控制检测接口10；ARM电源11、ARM复位电路12、液晶显示器接口13、ARM调试口14、键盘15、ARM16、与上位机串行接口18。

图2、图3、图4、是DSP电源电路1、外扩I/O口2、AD输入3、外扩两片RAM 4、异步串行口5、DSP调试6、PWM输出口7、DSP复位晶振电路8、DSP9、继电器控制检测接口10的电原理图。

图5、图6为ARM电源11、ARM复位电路12、液晶显示器接口13、ARM调试口14、键盘15、ARM16、与上位机串行接口18的电原理图。

具体实施方式

整个控制平台采用DSP加ARM模式。DSP采用TI公司的TMS320LF2407，ARM采用Philips公司的LPC2104。DSP TMS320LF2407的16路AD输入完全能够满足电力电子控制领域中对AD输入路数的要求。

该控制平台以DSP 9和ARM16为中心，其中，DSP 9分别与DSP电源电路1、外扩I/O口2、AD输入3、外扩两片RAM4、DSP调试口6、PWM输出口7、DSP复位晶振电路8、DSP9、继电器控制检测接口10相连接；ARM16分别与ARM电源11、ARM复位12、液晶显示器接口13、ARM调试口14、键盘15、ARM16、与上位机串行接口18相连接；DSP9与ARM16之间由异步串行口5相连通。

DSP9即DSP芯片“U9”的数据口“D0-D15”分别与外扩I/O口2即I/O电路“U2”、外扩两片RAM4即RAM电路“U3、U4”的数据口相连接，DSP 9即DSP芯片“U9”的“144、139、142、135、90、91、120”端与DSP调试口6相接，DSP 9即DSP芯片“U9”的“61、69、8、6、2、126、131”端与继电器控制检测接口10相接，DSP 9即DSP芯片“U9”的“56、54、52、47、44、40、65、62、99、55、46、38”端与PWM输出口7相接。

ARM16即数字信号处理电路“U8”的“6”端与ARM复位电路12的输出端即放大器“U10A”的输出端相接；数字信号处理电路“U8”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端分别对应与液晶显示器接口13即接口电路“J5”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端相接；数字信号处理电路“U8”的“RS、R/W、E、RRT_”端分别对应与ARM调试口14即调试口电路“J6”的“RS、R/W、E、RRT_”端相接；数字信号处理电路“U8”的“13、14”端对应接与上位机串行接口18即串行接口电路“U11”的“9、10”端。图中提供的12路PWM脉冲拓宽了控制平台在需要PWM脉冲的应用场合，只要接上本控制平台的不同接口，就可以用于在有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制等电力电子应用领域；DSP的其它I/O口可接开关控制检测信号和保护信号等；32位的ARM控制器接上液晶显示器、键盘，使人机界面更为友好，另外在ARM中移植入μC/OS-II操作系统，使应用程序的编写简化和优化。DSP TMS320LF2407完全满足电力电子控制场合对信号处理实时性的要求，只要接上不同的输入输出口就能实用于电力电子的控制场合。ARM LPC2104通过串口与DSP TMS320LF2407通信；DSP把数字处理的结果通过串口与ARM通信，ARM通过液晶显示器把处理结果显示出来，使人机界面友好；ARM通过串口将参数的设置传给DSP，控制DSP的工作，ARM外接的键盘可以键入数值以修改设置，不需要到程序里面去修改，这样就使操作变得简单。

Claims

1.一种基于嵌入式加数字信号处理的电力电子数字控制平台，其特征在于该控制平台以DSP(9)和ARM(16)为中心，其中，DSP(9)分别与DSP电源电路(1)、外扩I/O口(2)、AD输入(3)、外扩两片RAM(4)、DSP调试口(6)、PWM输出口(7)、DSP复位晶振电路(8)、DSP(9)、继电器控制检测接口(10)相连接；ARM(16)分别与ARM电源(11)、ARM复位(12)、液晶显示器接口(13)、ARM调试口(14)、键盘(15)、ARM(16)、与上位机串行接口(18)相连接；DSP(9)与ARM(16)之间由异步串行口(5)相连通。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式加数字信号处理的电力电子数字控制平台，其特征在于DSP(9)即DSP芯片“U9”的数据口“D0-D15”分别与外扩I/O口(2)即I/O电路“U2”、外扩两片RAM(4)即RAM电路“U3、U4”的数据口相连接，DSP(9)即DSP芯片“U9”的“144、139、142、135、90、91、120”端与DSP调试口(6)相接，DSP(9)即DSP芯片“U9”的“61、69、8、6、2、126、131”端与继电器控制检测接口(10)相接，DSP(9)即DSP芯片“U9”的“56、54、52、47、44、40、65、62、99、55、46、38”端与PWM输出口(7)相接。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式加数字信号处理的电力电子数字控制平台，其特征在于ARM(16)即数字信号处理电路“U8”的“6”端与ARM复位电路(12)的输出端即放大器“U10A”的输出端相接；数字信号处理电路“U8”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端分别对应与液晶显示器接口(13)即接口电路“J5”的“CS1、CS2、DB0～DB7”端相接；数字信号处理电路“U8”的“RS、R/W、E、RRT_”端分别对应与ARM调试口(14)即调试口电路“J6”的“RS、R/W、E、RRT_”端相接；数字信号处理电路“U8”的“13、14”端对应接与上位机串行接口(18)即串行接口电路“U11”的“9、10”端。