CN204989888U - 一种电力变换器检测控制板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力变换器检测控制板，包括有FPGA模块、数字信号总线收发器、24路光纤输出模块、LED显示模块、ADC模块、4路光纤输入模块，其中，所述电力变换器检测控制板通过其上两个80脚的板对板插头插接在DSP开发平台DSK6713或DSK6416T上，经由DSP的外部存储接口EMIF与DSP双向通信，能够将测量结果传输至DSP并可通过其主机端接口HPI与电脑连接；所述FPGA模块分别与数字信号总线收发器、24路光纤输出模块、LED显示模块、ADC模块、4路光纤输入模块一一对应相接。本实用新型可与DSK6713或DSK6416T开发平台适配使用，并能层叠扩展，具有良好可扩展性。

Description

一种电力变换器检测控制板

技术领域

本实用新型涉及电子电路的技术领域，尤其是指一种电力变换器检测控制板。

背景技术

随着智能电网的发展，越来越多电力电子设备应用到电力系统和电力驱动中，例如逆变器、整流器、矩阵变换器、静止无功发生器、模块化多电平变换器等。这些电力电子设备通常工作在高频切换状态，需要严格控制。这要求控制器能在较短的时间检测输入电压电流，完成控制及调制算法，并输出相关的门极控制信号。在高压应用场合尤其是高压直流输电和柔性交流输电系统中，电力电子设备拓扑的多重化比较常见。因此还要求控制装置能同时输出多路门极控制信号，并且可灵活方便地拓展。

TI公司提出的浮点型DSPTMS320C6713和定点型DSPTMS320C6416T因其运算性能出众得到广泛的欢迎。由SpectrumDigital公司生产的基于这两款DSP的开发平台DSK6713或DSK6416T得到广泛的应用。但目前市场上缺乏一种能与它们适配使用的FPGA子板。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构紧凑、可多板叠加使用、具有良好可扩展性的电力变换器检测控制板，能够与DSK6713或DSK6416T开发平台适配使用，并能层叠扩展。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种电力变换器检测控制板，所述电力变换器检测控制板包括有FPGA模块、数字信号总线收发器、24路光纤输出模块、LED显示模块、ADC模块、4路光纤输入模块，其中，所述电力变换器检测控制板通过其上两个80脚的板对板插头插接在DSP开发平台DSK6713或DSK6416T上，经由DSP的外部存储接口EMIF与DSP双向通信，能够将测量结果传输至DSP并可通过其主机端接口HPI与电脑连接；所述FPGA模块分别与数字信号总线收发器、24路光纤输出模块、LED显示模块、ADC模块、4路光纤输入模块一一对应相接。

所述电力变换器检测控制板上设置有两个80脚的板对板插座，通过该两个80脚的板对板插座能够实现多块电力变换器检测控制板的叠加，实现层叠扩展。

所述FPGA模块采用Microsemi公司的ProASIC3系列FPGA芯片，型号为A3P400。

所述数字信号总线收发器采用NXP公司的三态16位总线收发芯片74LVC16245A，其方向由FPGA模块的一个引脚来控制，也能够由一个零欧姆的电阻接地或接至3.3V来决定。

所述24路光纤输出模块采用Agilent公司的HFBR1521光纤发送器。

所述LED显示模块采用Agilent公司的HCMS-3906显示模块，能够显示四位字符。

所述ADC模块为五路12位双通道模数转换模块；该五路12位双通道模数转换模块的每一路均包含一个双通道12位的ADC芯片，一个数字电位器，调理电路及比较器，所述ADC芯片采用Linear公司的LTC1407芯片，所述数字电位器采用MAXIM公司的MAX5477芯片，所述比较器采用MAXIM公司的MAX962。

所述4路光纤输入模块采用Agilent公司的HFBR2521光纤发送器。

所述DSP开发平台使用由SpectrumDigital生产，采用德州仪器的浮点型DSPTMS320C6713B或定点型DSPTMS320C6416T。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型采用DSP板与FPGA板分开的结构，减少两个板之间的电气干扰。

2、本实用新型可层叠多块板于同一DSK开发平台，不同板之间的功能模块可通过软件定义FPGA的地址来区别访问，因此可灵活方便地扩展其输出能力，用于控制多模块多电平多重化的电力电子变换器设备。

附图说明

图1为本实用新型所述电力变换器检测控制板的结构框图。

图2为本实用新型所述ADC模块的连接框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实施例所述的电力变换器检测控制板，与SpectrumDigital生产的DSP开发平台DSK6713或DSK6416配套使用，如图1所示，它包括有FPGA模块1、数字信号总线收发器2、24路光纤输出模块3、LED显示模块4、ADC模块5、4路光纤输入模块6，所述FPGA模块1分别与数字信号总线收发器2、24路光纤输出模块3、LED显示模块4、ADC模块5、4路光纤输入模块6一一对应相接。所述电力变换器检测控制板可直接通过其上两个80脚的板对板插头插接在DSP开发平台DSK6713或DSK6416T上，经由DSP的外部存储接口EMIF与DSP双向通信，能够将测量结果传输至DSP并可通过其主机端接口HPI与电脑连接，利用电脑上的Matlab程序来访问DSP及FPGA中的变量。所述DSP开发平台使用由SpectrumDigital生产，采用德州仪器的浮点型DSPTMS320C6713B或定点型DSPTMS320C6416T。所述电力变换器检测控制板上设置有两个80脚的板对板插座，通过该两个80脚的板对板插座能够实现多块电力变换器检测控制板的叠加，实现层叠扩展，而不同板上的不同功能模块可通过FPGA软件编程寻址访问。

所述的FPGA模块1采用Microsemi公司的ProASIC3系列FPGA芯片，具体型号为A3P400。该芯片与其他公司的FPGA芯片相比，其外围电路简单，无需配置，上电即可使用。FPGA模块1包括一片Microsemi公司的FPGA芯片A3P400及晶振等外围电路，主要负责与DSP的接口通信、换流算法、驱动信号输出、保护信号处理、显示驱动及模数结果移位译码等功能。

所述数字信号总线收发器2采用NXP公司的三态16位总线收发芯片74LVC16245A，其方向可以由FPGA模块1的一个引脚来控制，也可以由一个零欧姆的电阻接地或接至3.3V来决定。数字信号可通过三态16位总线收发芯片74LVC16245A做为缓冲器，或者通过4路光纤输入模块6、24路光纤输出模块3传输给FPGA模块1。例如电力电子变换器设备的门极驱动信号由FPGA通过数字信号总线收发器2缓冲后经扁平电缆传输到驱动电路板。电力电子变换器设备的电流方向信号、电压过零点信号等通过扁平电缆经数字信号总线收发器2缓冲后被FPGA读取。

所述24路光纤输出模块3采用Agilent公司的HFBR1521光纤发送器。所述4路光纤输入模块6采用Agilent公司的HFBR2521光纤发送器。

所述LED显示模块4采用Agilent公司的HCMS-3906显示模块，可以显示四位字符，用于显示FPGA的运行状态及报警状态。

所述ADC模块5为五路12位双通道模数转换模块，主要负责将外部传感器输出的模拟信号转换成数字信号并通过FPGA传输给DSP。如图2所示，该五路12位双通道模数转换模块的每一路均包含一个双通道12位的ADC芯片，一个数字电位器，调理电路及比较器；还具有限幅保护报警功能，其中，所述ADC芯片采用Linear公司的LTC1407芯片，所述数字电位器采用MAXIM公司的MAX5477芯片，所述比较器采用MAXIM公司的MAX962。在DSP的初始化阶段，DSP先向FPGA发送ADC模块中的数字电位器MAX5477的限幅电平指令，数字电位器MAX5477的输出电压与经过调理后的输入测量电压比较，若超过限定的幅值，则比较器MAX962输出报警信号，报警信号被FPGA接收后将根据安全操作规范进行后续的保护动作。

工作时，利用板对板接插件将本实用新型插接在DSK6713或DSK6416平台上，并从DSK6713或DSK6416平台获取3.3V电源，为本实用新型供电。本实用新型主要负责电压电流测量，换流策略、译码、保护信号输出。在DSP的初始化阶段，DSP先向本实用新型的FPGA发送ADC模块中的数字电位器发送限幅电平指令，然后ADC模块中的电流电压转换电路将从电力电子设备的霍尔电压电流传感器传输来的电流信号转换成电压信号并数至ADC芯片的输入端。ADC芯片的输入电压将先与限幅电平比较，若测量信号超出限幅电平，比较器将产生限幅报警信号，并送至FPGA芯片，并由FPGA芯片按安全工作的策略关闭门极控制信号输出。若测量信号没有超出限幅电平，ADC芯片的模数转换结果将送至FPGA芯片，再通过外围存储器接口EMIF传输给DSP芯片。DSP芯片将根据测量电压电流值计算占空比信号后发送回FPGA芯片，然后由FPGA芯片经过译码后产生合适的门极控制信号，通过经过总线收发器由扁平电缆或直接由光纤发送器发送到电力电子变换器设备的电力半导体驱动电路。电力电子变换器设备中的数字量可由总线收发器或光纤接收器传递给FPGA。总线收发器的方向可由芯片74LVC16245A的第1及第24引脚置地或置高电平决定。本实用新型的状态及限幅保护信号可通过LED显示器显示。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述电力变换器检测控制板包括有FPGA模块(1)、数字信号总线收发器(2)、24路光纤输出模块(3)、LED显示模块(4)、ADC模块(5)、4路光纤输入模块(6)，其中，所述电力变换器检测控制板通过其上两个80脚的板对板插头插接在DSP开发平台DSK6713或DSK6416T上，经由DSP的外部存储接口EMIF与DSP双向通信，能够将测量结果传输至DSP并可通过其主机端接口HPI与电脑连接；所述FPGA模块(1)分别与数字信号总线收发器(2)、24路光纤输出模块(3)、LED显示模块(4)、ADC模块(5)、4路光纤输入模块(6)一一对应相接。

2.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述电力变换器检测控制板上设置有两个80脚的板对板插座，通过该两个80脚的板对板插座能够实现多块电力变换器检测控制板的叠加，实现层叠扩展。

3.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述FPGA模块(1)采用Microsemi公司的ProASIC3系列FPGA芯片，型号为A3P400。

4.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述数字信号总线收发器(2)采用NXP公司的三态16位总线收发芯片74LVC16245A，其方向由FPGA模块(1)的一个引脚来控制，也能够由一个零欧姆的电阻接地或接至3.3V来决定。

5.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述24路光纤输出模块(3)采用Agilent公司的HFBR1521光纤发送器。

6.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述LED显示模块(4)采用Agilent公司的HCMS-3906显示模块，能够显示四位字符。

7.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述ADC模块(5)为五路12位双通道模数转换模块；该五路12位双通道模数转换模块的每一路均包含一个双通道12位的ADC芯片，一个数字电位器，调理电路及比较器，所述ADC芯片采用Linear公司的LTC1407芯片，所述数字电位器采用MAXIM公司的MAX5477芯片，所述比较器采用MAXIM公司的MAX962。

8.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述4路光纤输入模块(6)采用Agilent公司的HFBR2521光纤发送器。

9.根据权利要求1所述的一种电力变换器检测控制板，其特征在于：所述DSP开发平台使用由SpectrumDigital生产，采用德州仪器的浮点型DSPTMS320C6713B或定点型DSPTMS320C6416T。