可编程逻辑器件在逆变器控制中的应用

杜昱铿

摘 要

众所周知，在我国现阶段的电力电子设备设计当中，设计的焦点主要集中在全数字化和高频化，其中，决定整个电力电子设备控制系统性能的关键便是控制器，控制器性能的高低在系统中发挥着决定性的影响。在当前很多高频应用的场合，很多常用的控制器是难以满足此类场合下对于速度的要求的，因此，可编程逻辑器件应运而生，不仅仅能够实现很多种高速算法，而且性价比也非常之高。本文将就可编程逻辑器件在逆变器控制中的应用进行深入的分析与探究。

【关键词】可编程逻辑器件 逆变器 控制工作 应用分析

1 可编程逻辑器件的概念分析

众所周知，可编程逻辑器件在逆变器控制中的应用效果是非常理想的。何为可编程逻辑器件，其主要指的就是器件逻辑功能按照用户的需求编程来确定的半定制集成电路。可编程逻辑器件已经从原本逻辑规模很小且单调的简单PLD发展成为采用大规模集成电路技术的综合性PLD，无论是在实际的结构、施工工艺、集成度、性能以及速度等方面都有了非常大的提高。

对于可编程逻辑器件，我们可以利用价格比较低廉的软件工具开发、测试和仿真其设计，紧接着我们便以非常快的速度将设计编程到器件当中去，并且马上在实际运行的电路当中测试其设计。

2 逆变器的概念与应用

众所周知，逆变器由逆变桥、滤波电路和控制逻辑三个重要的部分组成，实现直流电能到交流电的转变。现阶段的逆变器在日常的生活和生产产品中有着广泛的应用，诸如我们生活中所使用的空调、缝纫机、电视、电脑、洗衣机、电冰箱以及按摩器等等，都有着非常广泛的适用。除此之外，我们现在外出工作或者旅游都会选择驾车出行，我们就可以选用逆变器连接蓄电池来带动途中所需要的电器。

3 可编程逻辑器件的发展特点分析

3.1 速度越来越快

我们都知道，不同公司、不同系列的可编程逻辑器件的速度是不尽相同的，但是，现阶段可编程逻辑器件的运行时速可以达到一百多MHZ，这已经远远超出了DSP以及各类微控制器。

3.2 集成度越来越高

现阶段的市场当中，可编辑逻辑器件的密度已经实现的质的飞跃，在电机调速的实际控制系统当中，我们可以在一个芯片当中完成所有的电路，大大减少了PCB的面积，系统的可靠性和稳定性得到了非常大的提升。

3.3 成本降低，开发周期缩短

现阶段的可编程逻辑器件，不仅仅能够重复编制内容，还可以重新配置I/O口，如此一来，如果我们一旦发现现有的系统存在缺陷或者问题，又或者需要升级换代系统的时候，我们就可以不再需要对PCB进行改变，而只是对可编程逻辑器件重新编程就可以了，这就大大降低了开发的成本，同时，也大大缩短了开发的周期。

4 可编程逻辑器件的应用分析

4.1 电子技术领域

在微机系统当中，我们可以应用可编程逻辑器件来取代现有的全部微机接口芯片，进而实现微机系统中的总线控制、地址译码、内存管理、I/O接口电路等功能。利用可编程逻辑器件可以把多个微机系统的功能集成在一片芯片当中，也就是我们常说的“功能集成”。

现阶段的通信领域系统正朝着更强功能、更小体积、更快速度、更低能耗的方向发展。而可编程逻辑器件所具备的集成度高、功能性強以及速度性快的优势恰好能够完全满足当前通信系统的这些实在性要求。因此，不管是在民用通信领域还是在军用通信领域，可编程逻辑器件都得到了非常广泛的应用，而且应用前景会越来越广泛。

当前，可编程逻辑器件和DSP的技术结合在一起，很好地满足了DSP在集成度、系统功能、以及实时性等方面的要求，纵观现阶段逻辑器件家族的发展现状，可编程逻辑器件可以算是其家族中发展速度最快、发展形势最好的一种器件，已经占据着不可替代的重要作用。

4.2 航空高频链逆变电源

可编程逻辑器件在航空高频链逆变电源中的应用，利用的就是复杂可编程逻辑器件，来实现对控制电路的设计。复杂可编程逻辑器件，英文称作CPLD，它是建立在CAL和PAL的基础之上的，发展起来的阵列型PLD，复杂可编程逻辑器件的优势主要集中在高速度和高密度两点上面，通常情况下，此类系统都会选用英特尔公司MAX7000S系列的EPM7128SLC84-6可编程器件，EPM7128SLC84-6可编程器件中采用的是第二代多阵列矩阵结构，工作频率可以达到151.5MHz，带有128个宏单元，工作电压为5V，支持系统编程。

4.3 电气传动

伴随着现代控制理论以及电力电子开关器件的发展与进步，交流电气传动也随之有了很大的发展，尤其是基于静止旋转坐标变化的矢量控制策略的应用上面，大大提高了电机的变频调速性。在现阶段的电气传动控制系统中，采用了非常多先进的现代控制技术，可以说当前所使用的高性能调速系统当中都是需要依靠复杂的控制系统来实现的，复杂的控制算法需要依靠CPU控制芯片来完成，与此同时，还必须要保证好算法的实时性，这就会给CPU带来非常大的负担。如果在控制系统当中应用可编程逻辑器件来控制算法，就会彻底解决这一问题，其原因就在于用VHDL语言描述好控制算法，并且通过逻辑综合工具装载到可编程逻辑器件芯片上面，就不用再像CPU程序一样来一条条执行，直接通过硬件连接的并行算法来实现，这就会极大地缩短了整个控制运算的时间，同时也成功避免了死机或者程序跑飞等问题的出现。

5 结束语

综上所述，我们必须要明白一点，在现阶段，如果将可编程逻辑器件直接应用到整个系统的设计工作当中，还是会存在一些成本方面的顾虑，在逆变器控制当中的应用也会受到一定的影响，但是，相信伴随着我国科学技术的不断更新与进步，可编程逻辑器件在逆变器控制中的应用范围必然会越来越广泛。

参考文献

[1]崔志良，赵争鸣，袁立强.基于集成门极换流晶闸管的中压三电平逆变器的驱动脉冲优化设计及复杂可编程逻辑器件实现[J].中国电机工程学报，2016.

[2]段峻，段成刚，苏彦民.CPLD在高频链逆变电源控制中的应用[J].电气传动自动化，2016.

[3]徐林鹏，齐蓉.复杂可编程逻辑器件（CPLD）在航空115V/400Hz高频链逆变电源中的应用[J].电源技术应用，2015.

[4]童亦斌，刘京斗，叶晶晶.可编程逻辑器件在通用逆变器控制电路中的应用[J].北京交通大学学报，2016.