基于自适应预测控制的数字功率放大方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及数模混合集成电路设计领域，为提出一种精度高、转换速度快、适应性强的功率放大装置，用于一次仿真系统到二次实际系统的功率放大。为此，本发明采取的技术方案是，基于自适应预测控制的数字功率放大装置，包括采样芯片、两路电压调理电路和两路电流调理电路、采样芯片、FPGA控制芯片、电平转换芯片、光耦隔离芯片、IPM，经过调理电路处理电流和电压输入由FPGA控制芯片控制的采样芯片，FPGA读取其输出结果进行参数估计，再结合目标电流值计算控制信号的占空比；由计算出的占空比生成四路开关周期内的方波，再经过电平转换芯片和光耦隔离芯片，驱动IPM里的IGBT工作。本发明主要应用于数模混合集成电路设计。
【专利说明】基于自适应预测控制的数字功率放大方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字物理混合型仿真领域，具体来说是一种能够将一次系统实时数字仿真模块输出的数字量转化为符合功率要求的模拟量的装置，即基于自适应预测控制的数字功率放大装置。
技术背景
[0002]数字物理混合型仿真区别于物理仿真系统和纯软件仿真系统，它的一次系统采用数字仿真器，例如1993年由加拿大Manitoba高压直流研究中心开发的第一台电力系统实时数字仿真器RTDS ;二次系统采用实际设备，例如自动控制装置、继电保护装置、模拟操作屏等。在数字物理混合型仿真中，数字仿真器与实际设备形成了一个闭环系统，数字仿真模块产生的电气量的数字信号需要转化为模拟量，再经过功率放大后，才能提供给二次系统的实际设备。
[0003]现有的数字功率放大器主要运用三角波比较控制、滞环控制、无差拍控制等控制策略，并且运用DSP控制芯片进行开发。但是由于运算量增大、系统的复杂化和对计算精度要求的提高，现有的功率放大装置已经难以满足实时仿真的要求。
[0004]根据上述问题，为了满足数字物理混合型仿真的实时性需求，需要研究出一种转换速度快、精度高的功率放大装置，用于一次系统数字仿真与二次系统实际设备之间功率转换。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，提出一种精度高、转换速度快、适应性强的功率放大装置，用于一次仿真系统到二次实际系统的功率放大。为此，本发明采取的技术方案是，基于自适应预测控制的数字功率放大装置，包括采样芯片、两路电压调理电路和两路电流调理电路、采样芯片、FPGA控制芯片、电平转换芯片、光耦隔离芯片、IPM，经过调理电路处理电流和电压输入由FPGA控制芯片控制的采样芯片，FPGA读取其输出结果进行参数估计，再结合目标电流值计算控制信号的占空比；由计算出的占空比生成四路开关周期内的方波，再经过电平转换芯片和光耦隔离芯片，驱动IPM里的IGBT工作。
[0006]输出的4路方波信号两两互补，并添加死区；当IPM非正常工作时，会产生一个低电平的错误信号，通过与非门输出高电平，使电平转换芯片关断，闭锁IPM的控制信号，起到保护的作用。
[0007]FPGA控制芯片包括浮点数乘累加器，浮点数乘累加器分为浮点数乘法和浮点数累加两部分。浮点数乘法分为两级流水线；第一级进行指数相加和尾数相乘运算；第二级对相乘的结果进行规格化处理；浮点数累加分为三级流水线；第一级对相加的浮点数进行指数对阶；第二级对相加的浮点数进行尾数求和；第三级对相加的结果进行规格化处理。
[0008]基于自适应预测控制的数字功率放大方法，借助于前述装置实现，利用电流电压采样值实时估计负载的基本参数，再根据下一开关周期给定的目标电流值，计算出IGBT控制信号的占空比，并生成控制信号。自适应预测控制的算法步骤如下:
[0009]①负载参数估计
[0010]根据图2列写负载的电压方程并离散化可得
【权利要求】
1.一种基于自适应预测控制的数字功率放大装置，其特征是，包括采样芯片、两路电压调理电路和两路电流调理电路、采样芯片、FPGA控制芯片、电平转换芯片、光耦隔离芯片、IPM,经过调理电路处理电流和电压输入由FPGA控制芯片控制的采样芯片，FPGA读取其输出结果进行参数估计，再结合目标电流值计算控制信号的占空比；由计算出的占空比生成四路开关周期内的方波，再经过电平转换芯片和光耦隔离芯片，驱动IPM里的IGBT工作。
2.如权利要求1所述的基于自适应预测控制的数字功率放大装置，其特征是，输出的4路方波信号两两互补，并添加死区；当IPM非正常工作时，会产生一个低电平的错误信号，通过与非门输出高电平，使电平转换芯片关断，闭锁IPM的控制信号，起到保护的作用。
3.如权利要求1所述的基于自适应预测控制的数字功率放大装置，其特征是，FPGA控制芯片包括浮点数乘累加器，浮点数乘累加器分为浮点数乘法和浮点数累加两部分。浮点数乘法分为两级流水线；第一级进行指数相加和尾数相乘运算；第二级对相乘的结果进行规格化处理；浮点数累加分为三级流水线；第一级对相加的浮点数进行指数对阶；第二级对相加的浮点数进行尾数求和；第三级对相加的结果进行规格化处理。
4.一种基于自适应预测控制的数字功率放大方法，其特征是，借助于权I所述装置实现，利用电流电压采样值实时估计负荷的基本参数，再根据下一开关周期给定的目标电流值，计算出IGBT控制信号的占空比，并生成控制信号。自适应预测控制的算法步骤如下: ①负载参数估计 根据图2列写负载的电压方程并离散化可得
【文档编号】H03F3/20GK104009719SQ201410261447
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】张炳达, 陈铭, 袁奎 申请人:天津大学