1、 引言：

中壓變頻系統要求產生與分配多路SPWM脈沖，控制實時性要求較高，應用軟件功能復雜，另外還需要控制多路A/D、D/A轉換以及與上位機進行串口通訊輸出控制等外圍器件工作，即使性能最好的單片DSP也難以滿足要求，而片外專用處理器引腳I/O口有限，如果用多片DSP協同工作，都需要與DSP交換數據，這必然會大量消耗DSP時間資源，受高精度與實時性要求限制，很難滿足要求。相反用CPLD（復雜可編程邏輯器件）進行I/O擴展，其設計乃至仿真調試都非常方便。

2、CPLD功能總體設計

變頻控制器中核心器件由四部分組成，一個DSP、一個I/O擴展CPLD、一個核心CPLD、18個脈沖形成CPLD、6個故障診斷CPLD，如圖所示。

其中DSP主要依據控制要求完成調節運算產生脈寬信號、頻率信號和數據存取、數據傳輸、系統保護動作與報警功能，限于篇幅這里主要講述脈沖形成CPLD的功能。

脈沖形成CPLD有3個功能：分別接受DSP分時段輸出的脈寬信號與相位信號，產生SPWM脈沖；產生調制脈沖控制IGBT導通相位信號；經過調制后產生的脈沖信號分兩路輸出，一路按照三相分時傳送到下層IGBT驅動CPLD，另一路將調制后的三相信號傳送到故障診斷CPLD；封鎖脈沖輸出。

3、硬件選型設計

根據觸發時序、脈沖分配與收發、設備故障診斷的要求，在硬件設計中選用本控制器CY37128P84 13片作為核心CPLD01、脈沖形成CPLD111—CPLD161、故障診斷CPLD121—CPLD126，18片CY37064P44作為的IGBT驅動CPLD201-CPLD218系列CPLD產品，該系列芯片內的組件門數高，電路信號延遲小，開發工具完備，可以容許多次重新擦除和燒錄，可以協助完成電路的合成與仿真和自動對電路進行優化，縮短設計研發周期。硬件接線如下圖所示：

圖2 XK-GB06/3 中壓變頻控制器硬件接線圖

其中，XRESET復位信號，AB作為地址線，DB為數據線，K為設備裝置編址，GN為疊加脈沖串常數，GI為CPLD芯片選通信號，F20M時鐘輸入信號，EI0為Ts中斷信號，EI1為故障中斷信號，PWM1AA、PWM1AB分別為A相交流電前、后半周期觸發脈沖，PWM1BA、PWM1BB分別為B相前后半周觸發脈沖，PWM1CA、PWM1CB分別為C相交流電前、后半周期觸發脈沖，WRP寫脈寬控制信號，RDP 為讀脈沖信號，FK是故障信號傳輸信道，XF0為脈沖封鎖信號。

4、軟件開發

本裝置CPLD控制軟件開發分為四部分，限于篇幅只介紹SPWM脈寬形成CPLD軟件。

SPWM形成CPLD應用軟件，共有四個流程，它們分別為加減法計數裝載，脈寬數據裝入，調制脈沖輸出與封鎖，以下為其主要程序流程。

Gi為組計數器，從2開始加計數，2、3、…N+1周期結束，重新開始一個新周期，組編號為Gs（1、……、Gn）

Gn組PWM輸出，周期為Ts＝2×Gn×Tn 總組設為Gn=6

當Ti減到0，下一個時鐘的上升沿Ti重裝為Tn，不間斷循環減計數

設置一個半周期加計數器Tc，以便各組產生對稱的PWM三角波

復位后Tc＝1000B，避免第Gs組脈寬可逆計數器重裝前，可逆計數器計數方向改變

設置循環條件：Ti＝0 并且 Gi＝2×Gs＋1時，Tc置為00001B

如果 Ti＝0，加1：

如果Tc＝Gn 并且 Ti＝0，第Gs組脈寬可逆計數器保持不變，使其由減計數器變成加計數器，Gi／2＝Gs，Gs＝0時，Gi＝2×Gn 或 1，即Gi／2＝Gn 或 0 第Gs組脈寬可逆計數器PWIA、PWIB、PWIC重裝的條件為：Ti＝0 并--且 Gi＝2×Gs＋1，第Gs組脈寬可逆計數器PWIA、PWIB、PWIC保持的條件為：Ti＝0 并--且 Tc＝Gn， 可逆計數器加／減計數的控制up_dn，up_dn＝‘0’表示減計數，up_dn＝‘1’為加法記數。

復位后up_dn＝‘0’，

Ti＝0 并且 Gi＝2×Gs＋1， up_dn清‘0’

Ti＝0 并且 Tc＝Gn ，up_dn置‘1’

如果 GS=b“000” 且GI（3 downto 1）=b“000” or GI（3 downto 1）=gn） 輸出脈沖

否則 如果GI（3 downto 1）=GS 輸出脈沖，GI（3 downto 1）《》GS禁止脈沖輸出。

5、CPLD在高壓變頻控制器的應用

如下圖所示，即在CPLD控制的電機負載下運行的電壓波形。很明顯在頻率較低時，單元串聯中壓變頻器輸出電壓波形的正弦性都不好，高次諧波豐富，而在頻率升高時接近正弦波。通過實驗證明，工作頻率在5—50Hz間系統可以很好地穩定運行。

6、結論

可編程邏輯器件CPLD用于脈沖產生、分配、定時中斷等協調工作，能夠滿足使用要求，經過單元串聯中壓變頻器在實驗室空載、負載運行的情況表明，軟硬件方面都達到了設計要求，可以安全、穩定地長期運行。

本文作者創新點：

（1） 用CPLD產生PWM脈沖與對傳輸的脈沖數據鏈路進行故障診斷。

（2） 用CPLD作為DA轉換、AD轉換以及ST16552通訊芯片的控制器和擴展通訊端口。

責任編輯：gt