FPGA控制的三相逆变器系统在微电网模拟中的应用

"本文介绍了2017年全国大学生电子竞赛的A题，即微电网模拟系统的设计方案。该系统以FPGA为控制核心，构建了两个三相逆变器，包含逆变主电路、FPGA控制电路、AD采样、驱动、互感器等组成部分，实现了闭环控制。软件部分利用Verilog HDL设计了SPWM模块和并行通信模块，与CC2640的A/D采集协同工作。最终，软硬件联合调试，达到了预期效果。" 在微电网模拟系统的设计中，关键在于控制核心的选择和各个模块的优化。首先，选择了FPGA作为主控单元，而不是传统的数字信号处理器DSP。原因是FPGA的并行处理能力使得它在生成SPWM（脉宽调制）信号时速度更快，更符合系统对实时性的要求。此外，FPGA的灵活性使得硬件逻辑可以根据需要进行定制，以满足特定的控制算法。 SPWM模块是逆变器的核心，用于生成控制逆变器MOS管通断的PWM信号。在比较了基于比较器的传统方法和FPGA查表法后，选择了后者。FPGA查表法简化了设计，提高了抗干扰能力，而且生成的SPWM信号质量更高。 驱动模块是连接FPGA和逆变器的桥梁，其任务是将控制信号放大以驱动MOSFET。经过对比，选择了专用驱动芯片IRS2186，因为它具有较高的集成度和内置的保护功能，能确保驱动电路的稳定性和可靠性。 系统还包括AD采样模块，采用CC2640进行电流和电压的采样，这些数据通过A/D转换器传递给FPGA，以便实时调整输出。OLED显示模块用于直观地展示系统状态，而并行通信模块则保证了各组件之间的高效信息交换。 整体方案由FPGA控制模块、SPWM模块、驱动模块、AD采样模块、OLED显示模块和并行通信模块共同构成，它们协同工作，形成了一个完整的微电网模拟系统。经过严格的软硬件联合调试，该系统表现出了良好的性能和实用性，充分体现了FPGA在高级电力电子系统中的潜力和优势。