CN203572896U - 一种基于单周期多点采样的pwm测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，所述系统包括FPGA模块、DSP模块、阀控板、通信管理板和录波仪；所述FPGA模块和DSP模块均位于所述阀控板上，所述阀控板通过通信管理板与录波仪通信。本实用新型提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，在单个采样周期内对PWM波形多点采样，把对PWM信号的实际采样频率提高了数倍；可以灵活配置，可以根据需求，设置成单周期16点、32点、48点等采样，以进一步提高采样频率，使测试录波波形更加精确，并可用于静止同步无功发生器SVG、静止同步无功补偿装置STATCOM、统一潮流控制器UPFC、高压直流输电装置的阀控装置中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测试系统，具体讲涉及一种基于单周期多点采样的PWM测试系统。
背景技术
目前，电力电子PWM变流器广泛应用在电力系统电能质量控制领域，如有源电力滤波器APF、SVG、STATCOM等。变流器相应控制器的整体结构一般采用的是控保（负责调节控制保护）、阀控（功率模块触发检测）、单元控制器（功率模块接口）的组成形式。
为了实时监测变流器装置的工作状态，装置的上位机一般有遥测、遥信、录波等功能。其中录波功能可以在装置稳态或装置故障暂态时，把启动录波时刻前一段时间以及之后一段时间的装置模拟量、开关信号等存到上位机中。变流器的信号采样频率一般选择每工频周期128点（采样频率6.4kHz，采样周期156us）或256点（（采样频率12.8kHz，采样周期78us）。
针对电流电压等模拟量，由于是工频变化，采样周期为156us或者78us时可以得到较为完整的录波波形。但对于PWM变流器中PWM波形输出的测试，由于其开关频率范围在几百Hz到几KHz,最小脉宽为数十us，若采样周期为156us或者78us，无法得到精确的PWM录波波形。
目前PWM变流器上位机以及专用的电力系统故障录波装置中，都只有针对模拟量、开入开出量的录波通道，没有专门针对PWM波形的录波功能。电力系统RTDS（Real-Time DigitalSimulator,实时数字仿真系统）装置用户可以利用RTDS对单元控制器PWM输出进行小步长采样得到PWM录波信号，但RTDS装置价格昂贵，使用较为复杂。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，用于静止同步无功发生器SVG、静止同步无功补偿装置STATCOM、统一潮流控制器UPFC、高压直流输电装置的阀控装置中。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下方案：
本实用新型提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，所述系统包括FPGA模块、DSP模块、阀控板、通信管理板和录波仪；所述FPGA模块和DSP模块均位于所述阀控板上，所述阀控板通过通信管理板与录波仪通信。
所述FPGA模块实时比较调制波和载波大小，生成PWM波形，与所述DSP模块通信。
所述FPGA模块在单个采样周期内，利用高频时钟，等时间间隔的多点采样PWM高低信号，把PWM高低变化以1和0的形式存到同一录波信号量中；FPGA模块把录波信号量发送给DSP模块，并在采样同步信号有效时，产生中断信号给DSP模块。
单个采样周期内设置N个采样点进行采样，N取16、32或48。
所述DSP模块对接收的中断信号进行中断处理，控制地址总线及数据总线及相关读写使能信号，DSP模块同时接收录波信号量，并启动背板通信，控制背板通信时序，经背板总线把录波信号量发送给通信管理板。
所述通信管理板包括SRAM存储器和NAND FLASH存储器；所述SRAM存储器用于存储所述通信管理板接收的预录波信号量，所述NAND FLASH存储器用于存储启动录波后的录波信号量。
所述通信管理板按照录波协议把存储的录波信号量传给所述录波仪。
所述录波仪在单个采样周期内，解析PWM高低信号并按照时间先后顺序，等时间间隔完成单个采样周期的录波描点。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1）可用于静止同步无功发生器SVG、静止同步无功补偿装置STATCOM、统一潮流控制器UPFC、高压直流输电装置的阀控装置中；
2）本实用新型在单个采样周期内对PWM波形多点采样，把对PWM信号的实际采样频率提高了数倍；
3）实现PWM测试成本较低，简单可靠，无需复杂且价格昂贵的RTDS装置；
4）可以灵活配置，可以根据需求，设置成单周期16点、32点、48点等采样，以进一步提高采样频率，使测试录波波形更加精确。
附图说明
图1是基于单周期多点采样的PWM测试系统结构框图；
图2是单周期多点采样的PWM测试过程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，所述系统包括FPGA模块、DSP模块、阀控板、通信管理板和录波仪；所述FPGA模块和DSP模块均位于所述阀控板上，所述阀控板通过通信管理板与录波仪通信。
所述FPGA模块根据正弦脉宽调制方法，实时比较调制波和载波大小，生成PWM波形，与所述DSP模块通信。
所述FPGA模块在单个采样周期内，利用高频时钟，等时间间隔的多点采样PWM高低信号，把PWM高低变化以1和0的形式存到同一录波信号量中；FPGA模块把录波信号量发送给DSP模块，并在采样同步信号有效时，产生中断信号给DSP模块。
单个采样周期内设置N个采样点进行采样，N取16、32或48。
所述DSP模块对接收的中断信号进行中断处理，控制地址总线及数据总线及相关读写使能信号，DSP模块同时接收录波信号量，并启动背板通信，控制背板通信时序，经背板总线把录波信号量发送给通信管理板。
所述通信管理板包括SRAM存储器和NAND FLASH存储器；所述SRAM存储器用于存储所述通信管理板接收的预录波信号量，所述NAND FLASH存储器用于存储启动录波后的录波信号量。
所述通信管理板按照录波协议把存储的录波信号量传给所述录波仪。
所述录波仪在单个采样周期内，解析PWM高低信号并按照时间先后顺序，等时间间隔完成单个采样周期的录波描点。
实施例
下面以采样周期156us、每周期16个点进行PWM采样为例，对本实用新型的实施例作详细说明。
如图1，本实用新型提供一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，包括FPGA模块、DSP模块、阀控板、通信管理板和录波仪；所述FPGA模块和DSP模块均位于所述阀控板上，所述阀控板通过通信管理板与录波仪通信。
所述FPGA模块根据正弦脉宽调制方法，实时比较调制波和载波大小，生成PWM波形，与所述DSP模块通信。
所述FPGA模块采用XC3S5000芯片；所述DSP模块采用TMS320F28335芯片。
假设FPGA模块和DSP模块双口RAM通信时间间隔为156us，双口RAM中断信号由FPGA模块产生，周期也为156us。FPGA模块内部采用20MHz时钟采样和计数，PWM脉宽为32us，针对以上情况，如图2所示，测试系统按照以下过程实现单周期多点采样PWM测试：
1）采样同步信号采用双口RAM中断信号，20MHz时钟检测到该信号拉高后，FPGA模块开始采样PWM输出；
2）20MHz时钟每计9.75us进行一次PWM输出采样，并依次把采样值从低位到高位存入一个16位的PWM采样信号量，即：0us采样值存入信号量bit0,9.75us采样值存入bit1,9.75*2us采样值存入bit2，类推，9.75*n us采样值存入bit(n)，采样时间到9.75*15=146.25us时，把PWM输出采样值存入信号量bit15；
3）下一采样同步信号有效时，FPGA模块把上一周期的PWM信号量发送给DSP模块，通信管理板通过背板McBSP总线接收到阀控板发送的PWM信号量并发送给录波仪录波；
4）录波仪得到录波PWM信号量录波数据后，在156us内，按照从低位到高位的顺序，等时间间隔（9.75us）依次取相应bit位的值进行0或1描点。
至此，实现了单周期（156us）多点（16点）采样PWM的测试，通过在录波仪中查看录波波形，相关人员可以判断FPGA输出的PWM是否正常。
由于采样同步信号与PWM高低变化时刻客观存在时间差并且离散采样，最终得到的采样值高低持续宽度与PWM实际宽度会有误差，单周期16点采样误差范围：±7.95us。本例由于离散采样，误差为4*7.95us-32us=﹢7us，即采样得到的PWM宽度为39us。可以通过提高单周期采样的点数（如32点、48点等）来进一步减小该误差。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：所述系统包括FPGA模块、DSP模块、阀控板、通信管理板和录波仪；所述FPGA模块和DSP模块均位于所述阀控板上，所述阀控板通过通信管理板与录波仪通信。
2.根据权利要求1所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：所述FPGA模块实时比较调制波和载波大小，生成PWM波形，与所述DSP模块通信。
3.根据权利要求2所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：所述FPGA模块在单个采样周期内，利用高频时钟，等时间间隔的多点采样PWM高低信号，把PWM高低变化以1和0的形式存到同一录波信号量中；FPGA模块把录波信号量发送给DSP模块，并在采样同步信号有效时，产生中断信号给DSP模块。
4.根据权利要求3所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：单个采样周期内设置N个采样点进行采样，N取16、32或48。
5.根据权利要求3所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：所述DSP模块对接收的中断信号进行中断处理，控制地址总线及数据总线及相关读写使能信号，DSP模块同时接收录波信号量，并启动背板通信，控制背板通信时序，经背板总线把录波信号量发送给通信管理板。
6.根据权利要求1或5所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：所述通信管理板包括SRAM存储器和NAND FLASH存储器；所述SRAM存储器用于存储所述通信管理板接收的预录波信号量，所述NAND FLASH存储器用于存储启动录波后的录波信号量。
7.根据权利要求1所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：所述通信管理板按照录波协议把存储的录波信号量传给所述录波仪。
8.根据权利要求7所述的基于单周期多点采样的PWM测试系统，其特征在于：所述录波仪在单个采样周期内，解析PWM高低信号并按照时间先后顺序，等时间间隔完成单个采样周期的录波描点。
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