電力電子電路中的數字化控制技術

作者/許小飛、方 樺，廣東瑞德智能科技股份有限公司

?

電力電子電路中的數字化控制技術

作者/許小飛、方 樺，廣東瑞德智能科技股份有限公司

文章摘要：隨著科技的不斷發展，現階段我國的電力電子電路都得到了更高的安全保障并進行了廣泛運用。在當前所使用的電力電子電路中，主要由主電路和控制電路組成。當中主電路負責傳遞能量，而控制電路以出發信號的方式對主功率開關管進行通斷控制，進而進行電路輸出。當前我國的電力電子電路發展仍不完善，工作頻率不高、動態響應慢、電路功率不高等問題嚴重阻礙著我國的電力電子電路發展。因此，本文通過對新形勢下數字化控制技術在電力電子電路中的運用，研究了其優勢，以期為相關研究工作者提供參考。

關鍵詞：電力；電子電路；數字化控制

前言

在電力領域運用的電力電子電路技術，即在一定狀況下利用電力電子器件控制和變換電能。從轉換功率上來看，通常在1W到1GW之間，這與信息電子技術存在顯著的差異，信息電子技術是對電子技術進行的模擬，運用于計算機的信息處理之中，而電力電子技術運用于對轉換電力。在新形勢下，數字化控制技術取代了傳統模擬控制，能夠消除溫度漂移、便于調整變參數等諸多優點，使數字化控制技術為電力電子電路的安全性與可靠性大大提升。

1.在電力電子電路中運用單片機進行調控

單片機，即在電力電子電路中的單片微控制器，表面上看，它只是邏輯功能芯片，但在一定狀況下它能集成計算機的集成系統于一個芯片上，甚至可以說微型芯片能成就計算機。微型芯片不僅在物質表現在存在體積小、質量輕的優點，在計算機軟件的開發和運用過程中也提供了理論依據上的完善，為單片機詳細掌握計算機構造和運行原理打下基礎。在電力電子電路的使用中，單片機主要作用于電路中的運算和調節電壓電流，這直接影響著整個電路系統的運行。在電力電子電路數控技術中真正實現了雙調控制高頻PWM控制，在特定層面上來看，單片機的運用能緩解甚至解決PWM中高頻與精度之間的使用矛盾。另外，單片機還能運用至工業測控、智能儀器表等結構中，在未來甚至可能運用到生活家電之中。單片機的運用是傳統模擬電路運用的全新突破，以數字化控制技術提升工作效率。但當前的單片機控制存在一些精度和頻率上的矛盾尚待解決，因此DSP作為更現金的電子電路技術油然而生。

2.運用DSP在電力電子電路中進行調控

DSP即數字信號處理器，繼承了波特率發生器與FIFO緩沖器于一身的新一代可編程處理器。DSP能一共更加高速同步和標準異步串口，甚至有的片內還具有采樣/保持、A/D轉換電路、PWM信號輸出等功能。DPS與單片機相比，CPU的處理速度更快、集成度更高、存儲容量更大的優勢。屬于RISC（即精簡指令系統計算機）的DSP能將多數指令完成于一個周期之內，以并行處理技術在同一指令周期內完成多項指令。另外，DSP運用改進的哈佛結構，數據和程序空間獨立，能同時對程序與數據進行存儲。另外，DSP的高速硬件乘法器使其具有強大的數據運算能力。相對來講，單片機屬于CISC（即復雜指令系統計算機），運行指令周期一般要2～3個指令周期，它采用諾依曼機構，將數據和程序放在同一空間進行存儲，這樣在同一時刻無法同時訪問指令和數據。受單片機的ALU功能限制，乘法運算需要通過軟件來完成，因此要占更多的指令周期，相對速度慢。而DSP的單指令執行時間則快8～10倍，單次乘法運行時間則比單片機快16～30倍。在電力電子電路中，DSP主要控制主電路、監控及保護系統并進行系統童心等，其中具體運用電路有UPS逆變控制電路、功率因數校正電路、交流電機調速電路與諧波抑制電路等。DSP在電力電子電路系統中，還能負責數字鎖相、控制顯示、檢測和上位機的通信。雖然DSP是使用中有諸多優勢，但也存在一定的不足，例如PWM信號頻率與精度、運算時間與精度、選擇采樣頻率、采樣超時等，這些缺陷直接影響著電路的控制性能。

3.在電力電子電路中FPGA的運用實踐

FPGA即可編程門列陣。它是以GAL與EPLD編程器為基礎發展而來的，它更加切合新形勢下對專用繼承電路的運用需求，更解決了定職電路在某些方面的不足、彌補了傳統可編程器件門電路數有限的缺憾。FPGA屬于可重構器件，在其內部邏輯上能根據用戶需求進行個性化設定，因此相對及成都較高、處理速度也較快，使之在現階段的電力電子電路中被廣泛運用。FPGA可簡要劃分為三個部分，即可編輯邏輯塊、可編程I/O模塊和可編程內部連線。FPGA的及成都較高，比如，在一片FPGA之中，至少有幾千個等校門，而通過FPGA能對這些十分復雜的邏輯進行系統化的科學處理，從而完成多塊機車定點路與分立元件組成電路。FPGA還能利用VHDL進行電路系統的相關設計，通常能分為對電路系統的行為描述、門級描述和RTL描述三個層次，若各方面條件都適合，則電力電子電路能混合仿真三個層次，便

于對電路系統進行數字化設計，因此在其體積、成本、可靠性等方面都具有顯著優點。相對來講，DSP更適用于取樣速率低、軟件更為復雜的情況下進行使用，而在系統取樣速率較高、數據率較高、相對操作條件簡單、任務較為固定的狀況下，則更適合使用FPGA。目前，FPGA在逆變器控制系統、PWM控制與直流電機的調速中都有不同程度的運用和發展。

4.結束語

因此，在電力電子電路中運用數字化控制技術，與傳統的模擬控制電路相比固然具有顯著的優勢，但在更深入的研究中卻存在一定的局限性。隨著我國電力電子電路技術的日趨復雜化、高頻化發展，芯片的單一使用往往無法滿足預期效果。可見，在電力電子電路的研究與發展中，利用控制芯片的優勢和相關運用條件進行組合運用，將有利于發揮其最大的數字化控制作用，才能真正促進電力電子電路的優化發展，這也是當前電力電子電路中數字化控制技術的主要發展趨勢。

【參考文獻】

＊[1]趙異波，何湘寧.電力電子電路的數字化控制技術[J].電源技術應用，2012，11（01）：6—8.

＊[2]秦瑜瑞.淺談電力電子電路的數字化控制技術[J].科學中國人，2015，32（04）：55.

＊[3]袁寧.計算機控制技術在電力電子電路中的應用[J].通信電源技術，2013，03（03）：27—40.

＊[4]柯勵偉.淺談電力電子電路的控制技術[J].科技資訊，2013，29（01）：154.