利用CPLD設(shè)計逆變器的控制電路

4. CPLD在逆變器控制電路中的典型應(yīng)用

隨著對逆變器控制功能、可靠性、成本和制造效率要求的不斷提高，F(xiàn)240的硬件資源變得越來越緊張，包括需要較多的數(shù)字量I/O接口、需要進行外部總線的擴展以及實現(xiàn)可靠的逆變器保護功能等。這些擴展功能固然可以由各種分立的數(shù)字電路的組合來實現(xiàn)，但是這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法存在電路復(fù)雜、可靠性低、缺乏靈活性、不利于調(diào)試和維護等缺點。

由于CPLD可以十分方便地設(shè)計實現(xiàn)組合邏輯和時序邏輯電路，因此完全能夠勝任逆變器控制電路設(shè)計中對F240外圍電路和功能擴展的需要，從而大大提高逆變器控制電路的設(shè)計水平。在采用CPLD后，逆變器控制系統(tǒng)中原總線邏輯與擴展、數(shù)字量的輸入輸出以及運行狀態(tài)監(jiān)視和保護的數(shù)字部分等都可由CPLD來實現(xiàn)，整個系統(tǒng)可以簡化成圖2所示的形式。

通過與圖1的對比不難發(fā)現(xiàn)，由于CPLD可集成實現(xiàn)很多功能，其使用對逆變器控制電路設(shè)計的改善主要表現(xiàn)在：

(1)F240的外部總線結(jié)構(gòu)十分簡潔，加和CPLD的引腳和功能都可以根據(jù)PCB板布線的實際情況和要求靈活地進行配置，這不但可以大大簡化電路板的設(shè)計，而且對提高系統(tǒng)的電磁兼容性能也有很大的幫助。另外，芯片數(shù)目的減少不但對提高可靠性、減小電路尺寸有利，而且對降低原器件的采購、生成、調(diào)試和維護的費用都有所幫助。

(2)所有外部邏輯功能被封裝在CPLD內(nèi)部，保密性較好。由于F240本身沒有任何保密功能，利用CPLD對硬件電路、以至于整個控制系統(tǒng)的設(shè)計進行保密成為最簡便的方法之一。

(3)利用具有ISP功能的CPLD可以很方便地對已設(shè)計和制作完成的系統(tǒng)加以修改，不用放棄原來的電路原理圖和電路板，避免了浪費，降低了成本。

(4)絕大多數(shù)外部的邏輯功能和引腳都由CPLD來實現(xiàn)，這就可使電路基本原理、電路板，甚至軟件的開發(fā)先于、并獨立于具體的外部邏輯功能設(shè)計進行，從而極大地提高產(chǎn)品設(shè)計、調(diào)試、小批量試制和實驗的效率。

(5)利用CPLD可以靈活方便地設(shè)計所需的保護功能(包括故障的分級保護、故障狀態(tài)的保存等)，提高系統(tǒng)的可靠性和軟件運行的效率。

5. CPLD具體功能設(shè)計實現(xiàn)

在實際設(shè)計中，CPLD選擇了XC9500系列的XC95144TQl00-7，具有144個宏單元和81個可完全編程的I/O引腳。開發(fā)軟件采用的是XINLINX公司的專用開發(fā)軟件Xilinx Foundation Series 3.li，用VHDL語言編程實現(xiàn)。其外部I/O管腳功能的配置如表1所示。

6. 結(jié) 論

具有ISP功能的CPLD的采用可以極大地提高逆變器控制電路的設(shè)計水平，使得系統(tǒng)能較好地兼顧可靠性、小型化、低成本和高性能等多方面日益提高的要求。目前，基于XC95144和TMS320F240開發(fā)的逆變器控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在先鋒號200km/h電動車組35kVA客車空調(diào)逆變電源上，穩(wěn)定運行一年多，取得了良好的效果。