FPGA全数字电力电子变换控制器设计

周京华，王晨，张新雷，章小卫，陈亚爱

(北方工业大学 变频技术北京市工程研究中心，北京 100144)

0 引 言

随着新型数字控制器的出现，电力电子变换器正朝着开关频率和集成度越来越高、损耗越来越低的全数字化控制系统方向发展[1]。电力电子变换器控制系统属于典型的快过程系统，核心任务是为变换器主电路开关器件产生相应的开关信号，因此对于实时性的要求比一般的控制系统要高。目前，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)多采用改进型哈佛结构，芯片内部具有分立的程序和数据空间，可以同时访问指令和数据，同时流水线操作使取指令、译码和执行等操作重叠运行，可高速串行完成各类控制算法，在电力电子领域得到了广泛应用[2]，但随着电力电子领域中低计算延时和高实时性要求的控制算法数量大大增加[3]，以DSP为核心的控制系统存在以下问题：

1)DSP基于规则采样法实现PWM调制，会引入1.5拍的固有延时(包括计算延时与调制延时)[4]，在低开关频率的大功率应用场合驱动脉冲更新延迟加大，调制环节滞后特征愈发明显，固有延时对控制系统的稳定性影响尤为严重。

2)DSP顺序执行指令的方式决定了控制器的实时性能较并行执行差，对于一些高性能电力电子变换器的控制系统设计，以DSP为核心的控制器不能满足控制系统对实时性的极高要求。

3)DSP内部硬件结构不可重新配置，PWM通道数等外设资源有限，可扩展性受到一定程度的限制，无法直接应用于多驱动脉冲的应用场合。……