一种逆变器控制方法与流程

本发明涉及逆变器控制技术领域，尤其涉及一种逆变器控制方法。

背景技术：

牵引逆变器，是城轨车辆牵引系统中的核心，主要实现电机控制，车辆中的各种逻辑控制，车辆中的故障记录等功能。牵引逆变器通常需要逆变器控制装置来控制该牵引逆变器，以实现电机控制，车辆中的逻辑控制，故障记录等。

现有的逆变器控制装置主要使用单一数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)芯片来实现高性能电机控制算法，复杂的脉冲调制算法，逻辑保护及故障处理等功能。随着城轨车辆功能越来越多，要求DSP处理的逻辑越来越多，占用了DSP较多的资源，因此降低了DSP的处理速度，使之不能够满足电机控制高性能处理的要求。

技术实现要素：

本发明提供一种逆变器控制方法，以克服现有技术中DSP的处理速度较低，不能够满足电机控制高性能处理的要求的问题。

本发明提供一种逆变器控制方法，应用于逆变器控制装置中，所述装置包括：传感器、与所述传感器连接的模数转换器ADC采样处理电路、数字信号处理器DSP、分别与所述ADC采样处理电路和所述DSP连接的复杂可编程逻辑器件CPLD，所述方法包括：

所述传感器采集电机的运行信号，并将所述运行信号发送给所述ADC采样处理电路；所述运行信号包括模拟电压信号、模拟电流信号或模拟转速信号中的至少一个；

所述ADC采样处理电路将所述传感器发送的运行信号转换为数字信号，将所述数字信号发送给所述CPLD；

所述CPLD将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给所述DSP；

所述DSP通过逆变器控制算法和脉冲调制算法对所述处理后的数字信号进行处理，得到PWM脉冲信号，并将所述PWM脉冲信号发送给所述CPLD；

所述CPLD在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号发送给与逆变器相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动隔离电路，以使所述IGBT驱动隔离电路根据所述PWM脉冲信号控制所述逆变器中的IGBT的导通与关断，以实现对所述逆变器的控制。

本发明提供的一种逆变器控制方法，通过传感器采集电机的运行信号，并将所述运行信号发送给ADC采样处理电路；所述运行信号包括模拟电压信号、模拟电流信号或模拟转速信号；由ADC采样处理电路将所述运行信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给所述CPLD；所述CPLD将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给DSP；DSP通过逆变器控制算法和脉冲调制算法对所述处理后的数字信号进行处理，得到PWM脉冲信号，并将所述PWM脉冲信号发送给所述CPLD；然后CPLD在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号发送给与逆变器相连的IGBT驱动隔离电路，以使所述IGBT驱动隔离电路根据所述PWM脉冲信号控制所述逆变器中的IGBT的导通与关断，从而实现了对逆变器的控制，由于使用了CPLD分担了DSP的部分功能，DSP只需实现逆变器控制算法和脉冲调制算法，相比现有的通过单一DSP芯片来实现高性能电机控制算法，复杂的脉冲调制算法，逻辑保护及故障处理等功能而言，占用DSP较少的资源，因此提高了DSP的处理速度，能够满足电机控制高性能处理的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明逆变器控制装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明逆变器控制装置一实施例的系统结构示意图；

图3为本发明逆变器控制装置另一实施例的结构示意图；

图4为本发明逆变器控制方法一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例涉及的逆变器控制装置，旨在解决现有技术中DSP的处理速度较低，不能够满足电机控制高性能处理的要求的技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明逆变器控制装置一实施例的结构示意图。图2为本发明一实施例的系统结构示意图。如图1所示，本实施例的逆变器控制装置，可以包括：

传感器、模数转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)采样处理电路、数字信号处理器DSP、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，简称CPLD)；

其中，所述传感器，与所述ADC采样处理电路连接，用于采集电机的运行信号，并将所述运行信号发送给所述ADC采样处理电路；所述运行信号包括模拟电压信号、模拟电流信号或模拟转速信号中的至少一个；

所述ADC采样处理电路，与所述CPLD连接，用于将所述传感器发送的运行信号转换为数字信号，将所述数字信号发送给所述CPLD；

所述CPLD，与所述DSP连接，用于将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给所述DSP；

所述DSP，用于通过逆变器控制算法和脉冲调制算法对所述处理后的数字信号进行处理，得到PWM脉冲信号，并将所述PWM脉冲信号发送给所述CPLD；

所述CPLD还用于在所述CPLD进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号发送给与逆变器相连的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)驱动隔离电路，以使所述IGBT驱动隔离电路根据所述PWM脉冲信号控制所述逆变器中的IGBT的导通与关断，以实现对所述逆变器的控制。

具体来说，本实施例中逆变器控制装置的工作过程如下：

如图1、图2所示，ADC采样处理电路，将传感器采集到的电机运行时的电压、电流、转速等模拟信号进行处理，然后将模拟信号转换为数字信号，并通过数据总线发送给CPLD，CPLD对ADC采样处理电路发送的数字信号进行滤波处理，再通过数据总线发送给DSP，用于逆变器控制算法之中。

DSP和CPLD通信采用的是CPLD内部自建双口随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)通信。DSP接收CPLD处理后的电机运行时的电压、电流、转速等信号，通过复杂的逆变器控制算法和优化的脉冲调制算法进行处理，得到PWM脉冲信号，再将PWM脉冲信号送给CPLD，CPLD是通过硬件管脚接收PWM脉冲信号，CPLD进行内部保护逻辑处理，PWM脉冲信号经过处理后，输出到与逆变器相连的IGBT驱动隔离电路，控制逆变器中的IGBT的导通与关断，从而实现对逆变器的控制，从而实现电机控制，车辆中的各种逻辑控制，车辆中的故障记录等功能。在本实施例中该电机可以是三相异步，图2中M为电机。

上述的内部保护逻辑处理包括，输入过压、欠压保护，输出过压、欠压保护、过载保护、过流和短路保护等。

本实施例中，由于ADC采样处理电路直接将数据传给CPLD，由CPLD通过数据总线传给DSP，而且由CPLD将最终的PWM脉冲信号发送给IGBT驱动隔离电路，因此与现有的逆变器控制装置相比，占用较少的DSP硬件管脚。

现有的逆变器控制装置中还有采用FPGA分担DSP的功能，但是FPGA的成本较高，而本发明实施例中的CPLD成本较低。

本发明中DSP可以采用TI公司的DSP，CPLD可以采用Altera公司MAX II系列的CPLD。

本实施例提供的逆变器控制装置，通过传感器采集电机的运行信号，并 将所述运行信号发送给ADC采样处理电路；所述运行信号包括模拟电压信号、模拟电流信号或模拟转速信号；由ADC采样处理电路将所述运行信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给所述CPLD；所述CPLD将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给DSP；DSP通过逆变器控制算法和脉冲调制算法对所述处理后的数字信号进行处理，得到PWM脉冲信号，并将所述PWM脉冲信号发送给所述CPLD；然后CPLD在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号发送给与逆变器相连的IGBT驱动隔离电路，以使所述IGBT驱动隔离电路根据所述PWM脉冲信号控制所述逆变器中的IGBT的导通与关断，从而实现了对逆变器的控制，由于使用了CPLD分担了DSP的部分功能，DSP只需实现逆变器控制算法和脉冲调制算法，相比现有的通过单一DSP芯片来实现高性能电机控制算法，复杂的脉冲调制算法，逻辑保护及故障处理等功能而言，占用DSP较少的资源，因此提高了DSP的处理速度，能够满足电机控制高性能处理的要求。

在本发明装置的另一实施例中，在图1所示的实施方式的基础上，进一步的，作为一种可实施的方式，所述CPLD，包括：第一CPLD和第二CPLD；

其中，所述第一CPLD，分别与ADC采样处理电路和所述DSP连接，用于将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号通过数据总线发送给所述DSP；

所述第二CPLD，分别与所述ADC采样处理电路、所述DSP和所述IGBT驱动隔离电路连接，用于在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号通过硬件管脚发送给所述IGBT驱动隔离电路；

所述第二CPLD还用于控制所述ADC采样处理电路接收所述传感器发送的运行信号。

具体来说，第一CPLD对ADC采样处理电路发送的数字信号进行滤波处理，再通过数据总线发送给DSP，用于逆变器控制算法之中。

DSP和第一CPLD通信采用的是CPLD内部自建双口随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)通信。DSP接收第一CPLD处理后的电机运行时的电压、电流、转速等信号，通过复杂的逆变器控制算法和优 化的脉冲调制算法进行处理，得到PWM脉冲信号，再将PWM脉冲信号送给第二CPLD，第二CPLD是通过硬件管脚接收PWM脉冲信号，第二CPLD进行内部保护逻辑处理，PWM脉冲信号经过处理后，输出到IGBT驱动隔离电路，控制IGBT的导通与关断，从而实现变压变频的控制电机。

所述第二CPLD还用于控制所述ADC采样处理电路接收所述传感器发送的运行信号。

上述具体实施方式中，使用两个CPLD实现对ADC采样处理电路发送的数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给DSP，并对DSP生成的PWM脉冲信号进行内部保护逻辑处理，PWM脉冲信号经过处理后，输出到IGBT驱动隔离电路，可以避免一个CPLD的硬件管脚不够用的问题，而且两个CPLD处理的速度和效率更高。

图3为本发明逆变器装置另一实施例的结构示意图。如图3所示，在图1所示的实施方式的基础上，本实施例的装置，还包括：

光电转换电路，与所述第二CPLD连接，用于将所述PWM脉冲信号转换为光信号，通过硬件管脚发送给所述IGBT驱动隔离电路。

具体来说，光电转换电路，将第二CPLD输出的PWM脉冲信号，此时PWM脉冲信号为电信号，将电信号转换成光信号，通过光纤连接IGBT驱动隔离电路，从而实现驱动IGBT导通与关断。使用光纤传输信号的抗干扰能力和传输能力更强。

可选地，作为一种可实施的方式，本实施例的装置，还包括：

通信电路，与所述第一CPLD连接，用于下载调试程序，并对所述第一CPLD、所述第二CPLD和所述DSP中的至少一个器件进行调试；所述通信电路包括：以太网通信接口、RS-232通信接口、RS-485通信接口或控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)通信接口。

具体来说，通信电路用于下载调试程序，实现对所述第一CPLD、所述第二CPLD、所述DSP进行调试的功能；第一CPLD还需要进行以太网、RS-232、RS-485、CAN等通信协议的处理，使得能够与所述通信电路通信。

该通信电路，包括以太网通信接口、RS-232通信接口、RS-485通信接口或CAN通信接口。

可选地，作为一种可实施的方式，本实施例的装置，还包括：

故障显示电路，与所述第一CPLD连接，用于显示故障信息；

其中，所述第一CPLD，还用于根据所述DSP和所述第二CPLD反馈的状态信息进行故障处理和驱动所述故障显示电路显示故障信息。

具体来说，第一CPLD可以根据DSP和第二CPLD反馈过来的状态信息进行故障处理和驱动故障显示电路(如LED电路)显示故障信息。

可选地，作为一种可实施的方式，本实施例的装置，还包括：

数字输入输出电路，与所述第二CPLD连接，用于接收外部输入的高电平控制信号，并将所述高电平控制信号转换为所述第二CPLD需要的低电平控制信号，或，接收所述第二CPLD输出的低电平控制信号，并将所述低电平控制信号转换为高电平控制信号输出。

具体来说，数字输入输出电路，将输入的110V或24V信号转换成5V，再通过电平转换芯片转换为第二CPLD需要的3.3V。然后根据车辆控制逻辑的需要进行选择使用，从而完成预定要求，即第二CPLD，还用于根据数字输入输出电路的外部数字输入量进行车辆逻辑控制及输出。同样，需要将CPLD输出的3.3V转换成控制数字输入输出电路的5V信号。

可选地，作为一种可实施的方式，本实施例的装置，还包括：

电源电路，用于对所述DSP和所述CPLD供电。

具体来说，电源电路，包括DSP电源电路、CPLD电源电路，DSP需要3.3V和1.8V两种电压；CPLD需要三种供电电压：1.2V核心电压，3.3V输入输出I/O接口电压，2.5V特殊功能电压。

上述具体实施方式中，通过光电转换电路将电信号转换成光信号，使用光纤传输信号的抗干扰能力和传输能力更强；故障显示电路能够直观的显示故障信息。

图4为本发明逆变器控制方法一实施例的流程示意图。本实施例的方法可以应用于如图1-图3任一实施例所述的逆变器控制装置中。如图4所示，本实施例的方法包括：

步骤401、所述传感器采集电机的运行信号，并将所述运行信号发送给所述ADC采样处理电路；所述运行信号包括模拟电压信号、模拟电流信号或 模拟转速信号中的至少一个；

步骤402、所述ADC采样处理电路将所述传感器发送的运行信号转换为数字信号，将所述数字信号发送给所述CPLD；

步骤403、所述CPLD将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给所述DSP；

步骤404、所述DSP通过逆变器控制算法和脉冲调制算法对所述处理后的数字信号进行处理，得到PWM脉冲信号，并将所述PWM脉冲信号发送给所述CPLD；

步骤405、所述CPLD在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号发送给与逆变器相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动隔离电路，以使所述IGBT驱动隔离电路根据所述PWM脉冲信号控制所述逆变器中的IGBT的导通与关断，以实现对所述逆变器的控制。

具体来说，如图1、图2和图4所示，ADC采样处理电路，将传感器采集到的电机运行时的电压、电流、转速等模拟信号进行处理，然后将模拟信号转换为数字信号，并通过数据总线发送给CPLD，CPLD对ADC采样处理电路发送的数字信号进行滤波处理，再通过数据总线发送给DSP，用于逆变器控制算法之中。

DSP和CPLD通信采用的是CPLD内部自建双口随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)通信。DSP接收CPLD处理后的电机运行时的电压、电流、转速等信号，通过复杂的逆变器控制算法和优化的脉冲调制算法进行处理，得到PWM脉冲信号，再将PWM脉冲信号送给CPLD，CPLD是通过硬件管脚接收PWM脉冲信号，CPLD进行内部保护逻辑处理，PWM脉冲信号经过处理后，输出到与逆变器相连的IGBT驱动隔离电路，控制逆变器中的IGBT的导通与关断，从而实现对逆变器的控制，从而实现电机控制，车辆中的各种逻辑控制，车辆中的故障记录等功能。在本实施例中该电机可以是三相异步，图2中M为电机。

上述的内部保护逻辑处理包括，输入过压、欠压保护，输出过压、欠压保护、过载保护、过流和短路保护等。

本实施例中，由于ADC采样处理电路直接将数据传给CPLD，由CPLD通过数据总线传给DSP，而且由CPLD将最终的PWM脉冲信号发送给IGBT 驱动隔离电路，因此与现有的逆变器控制方法相比，占用较少的DSP硬件管脚。

现有的逆变器控制方法中还有采用FPGA分担DSP的功能，但是FPGA的成本较高，而本发明实施例中的CPLD成本较低。

本发明中DSP可以采用TI公司的DSP，CPLD可以采用Altera公司MAX II系列的CPLD。

本实施例提供的逆变器控制方法，通过传感器采集电机的运行信号，并将所述运行信号发送给ADC采样处理电路；所述运行信号包括模拟电压信号、模拟电流信号或模拟转速信号；由ADC采样处理电路将所述运行信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给所述CPLD；所述CPLD将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给DSP；DSP通过逆变器控制算法和脉冲调制算法对所述处理后的数字信号进行处理，得到PWM脉冲信号，并将所述PWM脉冲信号发送给所述CPLD；然后CPLD在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号发送给与逆变器相连的IGBT驱动隔离电路，以使所述IGBT驱动隔离电路根据所述PWM脉冲信号控制所述逆变器中的IGBT的导通与关断，从而实现了对逆变器的控制，由于使用了CPLD分担了DSP的部分功能，DSP只需实现逆变器控制算法和脉冲调制算法，相比现有的通过单一DSP芯片来实现高性能电机控制算法，复杂的脉冲调制算法，逻辑保护及故障处理等功能而言，占用DSP较少的资源，因此提高了DSP的处理速度，能够满足电机控制高性能处理的要求。

可选地，本实施例的控制方法可以应用于逆变器控制装置中，所述装置包括：传感器、与所述传感器连接的模数转换器ADC采样处理电路、数字信号处理器DSP、第一CPLD和第二CPLD；所述第一CPLD与所述DSP和所述ADC采样处理电路连接；所述第二CPLD与所述DSP和所述ADC采样处理电路连接；所述CPLD将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号发送给所述DSP，包括：

所述第一CPLD将所述数字信号进行滤波处理，并将处理后的数字信号通过数据总线发送给所述DSP；

所述CPLD在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号发送 给与逆变器相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动隔离电路，包括：

所述第二CPLD在进行内部保护逻辑处理之后，将所述PWM脉冲信号通过硬件管脚发送给所述IGBT驱动隔离电路。

可选地，所述方法，还包括：

所述第二CPLD控制所述ADC采样处理电路接收所述传感器发送的运行信号。

可选地，本实施例的控制方法可以应用于逆变器控制装置中，所述装置包括：传感器、与所述传感器连接的模数转换器ADC采样处理电路、数字信号处理器DSP、第一CPLD、第二CPLD和光电转换电路；所述第一CPLD与所述DSP和所述ADC采样处理电路连接；所述第二CPLD与所述DSP和所述光电转换电路连接；

所述将所述PWM脉冲信号通过硬件管脚发送给所述IGBT驱动隔离电路，包括：所述光电转换电路将所述第二CPLD发送的PWM脉冲信号转换为光信号，通过硬件管脚发送给所述IGBT驱动隔离电路。

可选地，本实施例的控制方法可以应用于逆变器控制装置中，所述装置包括：传感器、与所述传感器连接的模数转换器ADC采样处理电路、数字信号处理器DSP、第一CPLD、第二CPLD和通信电路；所述第一CPLD分别与所述DSP、所述ADC采样处理电路和所述通信电路连接；所述第二CPLD与所述DSP和所述光电转换电路连接；所述通信电路包括：以太网通信接口、RS-232通信接口、RS-485通信接口或控制器局域网络CAN通信接口；

所述方法，还包括：

所述通信电路下载调试程序，并对所述第一CPLD、所述第二CPLD和所述DSP中的至少一个器件进行调试。

可选地，本实施例的控制方法可以应用于逆变器控制装置中，所述装置包括：传感器、与所述传感器连接的模数转换器ADC采样处理电路、数字信号处理器DSP、第一CPLD、第二CPLD和故障显示电路；所述第一CPLD分别与所述DSP、所述ADC采样处理电路和所述故障显示电路连接；所述第二CPLD与所述DSP连接；

所述方法，还包括：

所述故障显示电路显示故障信息。

可选地，所述方法，还包括：

所述第一CPLD根据所述DSP和所述第二CPLD反馈的状态信息进行故障处理和驱动所述故障显示电路显示故障信息。

可选地，本实施例的控制方法可以应用于逆变器控制装置中，所述装置包括：传感器、与所述传感器连接的模数转换器ADC采样处理电路、数字信号处理器DSP、第一CPLD、第二CPLD和数字输入输出电路；所述第一CPLD与所述DSP和所述ADC采样处理电路连接；所述第二CPLD与所述DSP和所述数字输入输出电路连接；

所述方法，还包括：

所述数字输入输出电路接收外部输入的高电平控制信号，并将所述高电平控制信号转换为所述第二CPLD需要的低电平控制信号；或，

所述数字输入输出电路接收所述第二CPLD输出的低电平控制信号，并将所述低电平控制信号转换为高电平控制信号输出。

上述具体实施方式中，可以应用于如图3所示的逆变器控制装置中，具体实现过程参见装置实施例，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。