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控制,MCU相关技术文章一种DSP+FPGA+CPLD通用型控制器设计方案介绍
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随着电力电子技术的不断发展以及工业用电设备对电能质量需求的不断提高，越来越多的复杂拓扑结构、大容量系统、高安全稳定性的电力电子设备得到研究并应用到众多实际工程实践。针对多种电力电子拓扑结构不同工程应用实际，其相应的控制、保护系统同样越来越趋于复杂化和多样化。先进处理器的控制系统是现代电力电子设备的核心部件［1-3］，以 DSP 为代表的传统处理器控制系统在中低压电力电子设备控制和保护中已有广泛的应用，并且取得了良好的控制效果。但在高压大功率电力电子设备控制系统的应用上，传统 DSP 控制器还存在不足。首先是 AD 采样通道和 PWM 信号输出通道数量有限，难以满足拓扑结构复杂的大功率电力电子设备的检测和控制要求；其次是由于 DSP 芯片在运行中复位在所难免，复位期间无法对电力电子设备进行有效控制与保护；最后是传统 DSP 控制器无法对输出 PWM 信号进行有效检测与识别，且 PWM 信号出错后无法立即采取闭锁等保护措施。
然而，DSP 作为专门用于数字信号处理的微处理器，在条件进程、复杂的多算法计算方面具有独特优势［4-5］，可以在控制系统中增加 FPGA 和 CPLD 弥补其不足［6-8］。FPGA 具有强大的并行处理能力和多时钟频率等优点［9-10］， 能完成复杂的时序逻辑设计，实现高速、高频的 AD 采样和 PWM 信号输出控制及通道扩展［11-12］。而 CPLD 则可高速检测 PWM 输出信号并且在 PWM 信号出错故障情况下瞬时启动系统闭锁功能，提高系统控制的可靠性［13-14］。因此，将 DSP、FPGA 和 CPLD 高效结合并以此来设计控制系统，对高压大功率电力电子设备进行可靠、全面的控制和保护具有重要意义。
基于上述背景，本文提出一套适用于高压大功率电力电子设备通用型控制控制器。该控制器采用主控制板与其他插件板相分隔的分板块硬件系统结构，结合了 DSP、FPGA、CPLD 各自性能特点的同时兼顾了通用性；提出了多时间尺度控保融合的软件设计方案，分别从系统级、器件级、信号级三个层面实现对设备的控制和保护，以满足众多高压大功率电力电子设备对控制与保护的要求。