目前,，對三相電壓型SVPWM整流器的研究多集中在與傳統(tǒng)PWM和SPWM進(jìn)行比較?？臻g電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)動態(tài)響應(yīng)速度快,、穩(wěn)態(tài)性能好、容易微處理器實(shí)現(xiàn),，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,、實(shí)時控制要求高、需高速微處理器[1-2],仿真方法也多采用MATLAB/SIMULINK的連續(xù)域仿真,。在傳統(tǒng)的純數(shù)字離線仿真研究中,，三相電壓型SVPWM整流器模型都是在一定假設(shè)條件下的簡化模型，同時沒有考慮開關(guān)損耗、開關(guān)時間,、死區(qū)等方面的影響,，與實(shí)際對象存在差異；此外,，純數(shù)字離線仿真無法考慮到包括實(shí)際處理器的運(yùn)算能力,、存儲器的限制、中斷及I/O接口電路電氣特性等諸多因素,。因此,本文提出基于VHS-ADC高速數(shù)字信號處理平臺來研究三相電壓型SVPWM整流器的硬件在回路仿真方法,，設(shè)計(jì)了平臺的接口電路，研究了A/D端口和GPIO端口的銜接,，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,，達(dá)到了較好效果[1-5]。
1 VHS-ADC系統(tǒng)
    加拿大Lyrtech公司的VHS-ADC是一種基于FPGA的高速數(shù)字信號處理系統(tǒng),，系統(tǒng)采用Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA作為主要信號處理模塊,，為用戶提供了基于MATLAB/SIMULINK、Xilinx/Altera FPGA的集成開發(fā)環(huán)境,，無縫地實(shí)現(xiàn)自頂向下的開發(fā)流程,。VHS-ADC內(nèi)部擁有豐富的門資源與硬件乘法器,工作頻率可達(dá)420 MHz，高速A/D通道采樣率可達(dá)105 MS/s,高速D/A通道采樣率可達(dá)125 MS/s,，32位的GPIO和FPDP接口建立了與外界的高速數(shù)據(jù)通道,具有高度的并行運(yùn)算能力,，實(shí)時性強(qiáng)[6-8]。VHS-ADC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

    本文構(gòu)建的三相電壓型SVPWM整流器的高速實(shí)時仿真平臺,，以VHS-ADC、CPCI工控機(jī)作為控制系統(tǒng)主體,，結(jié)合主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，輔以硬件接口電路等設(shè)備構(gòu)成了電路測試和試驗(yàn)平臺。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

    整個系統(tǒng)需要檢測的信號有三相電壓源信號ua,、ub、uc和交流側(cè)輸入電流ia,、ib、ic以及直流側(cè)輸出電壓udc,。這些信號經(jīng)過信號調(diào)理電路之后傳輸?shù)絍HS-ADC平臺的A/D接口接收范圍內(nèi)的模擬信號,，然后VHS-ADC完成系統(tǒng)的控制部分，最后由平臺輸出的SVPWM控制脈沖經(jīng)過驅(qū)動及保護(hù)電路控制主電路的IGBT,。 整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了,，易于實(shí)現(xiàn)。
2 平臺接口電路設(shè)計(jì)
    (1)電壓信號的采集
    交流電壓信號采集采用SLMV2000E傳感器，它是一種高精度,、快速電壓傳感器,，電流輸出型，初級和次級高度隔離,，采集電壓范圍為0~2 000 V,，變比為400:1，能在電隔離條件下測量直流,、交流,、脈沖以及各種不規(guī)則電壓波形，且價(jià)格比LEM霍爾電壓傳感器低,。交流電壓采集調(diào)理電路如圖3所示,。

    SLC800是一種非常先進(jìn)的線性光電耦合器, 使用高匹配晶體管使伺服反饋回路和傳遞輸出回路達(dá)到非常好的匹配。直流側(cè)電壓采集調(diào)理電路如圖4所示,。圖中,信號檢測電路輸出的直流側(cè)電壓信號調(diào)理成 0~2.25 V 范圍內(nèi)的模擬電壓信號,，然后把這些模擬電壓信號送給VHS-ADC的 A/D 轉(zhuǎn)換接口。其直流側(cè)電壓為uin=udc,，經(jīng)過電阻分壓和電壓跟隨器可得到線性光耦的輸入電壓為：

　
    (2)電流信號的采集
    電流信號的采集采用型號為Honeywell CSNR161的霍爾電流傳感器,基于霍爾效應(yīng)和零磁場平衡原理測量電流,，最大測量電流為125 A(rms)，輸入輸出電流比為125 mA/125 A,，交流電流信號的采集和調(diào)理電路如圖5所示,。

    傳感器采用±12 V雙電源供電，其輸出電流信號經(jīng)測量電阻R轉(zhuǎn)換為電壓信號后,，由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器與接口匹配,，可調(diào)整電位器R的大小，使輸出的雙極性信號恰好落在-1.125 V~+1.125 V的范圍,，然后傳送給VHS-ADC的A/D端口,。
3 VHS-ADC與接口板的銜接
3.1 A/D端口的銜接
     通過平臺接口板可以檢測到交流側(cè)三相電壓信號和電流信號以及直流側(cè)的電容輸出電壓信號，然后傳輸?shù)絍HS-ADC的A/D轉(zhuǎn)換接口,。當(dāng)使用A/D端口時,，在VHS-ADAC Control Utility控制板上可以選擇是否使用可編程增益(增益的范圍為0~255)。如果不采用增益,，則模擬輸入與數(shù)字輸出是成正比例關(guān)系,；如果采用增益，則不成正比例關(guān)系,。根據(jù)A/D特性,，輸入電壓的最高值為2.25 V，可得到模擬量與數(shù)字量的比例關(guān)系為：



4  實(shí)驗(yàn)
    為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)平臺接口板的正確性,，調(diào)試完P(guān)CB板之后,，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
    (1) 電壓采集波形如圖6所示,。圖6(a)為電網(wǎng)A相輸入電壓為Us=30 V，波形1為電網(wǎng)電壓經(jīng)過變壓器和電壓傳感得到的輸入波形,，波形2為經(jīng)過調(diào)理電路后的輸出波形,，可以看出電壓的相位和幅值完全一致，表明電壓采集調(diào)理電路的正確性,。在圖6(b)中,，在線形光耦采集調(diào)理電路的電阻分壓之后輸入直流電壓信號為0.806 V，輸出電壓信號為0.077 V,，隔離光耦線形度滿足要求,，驗(yàn)證表明，線形隔離光耦傳輸線形度好,，所設(shè)計(jì)的采集調(diào)理電路正確,。

    (2) GPIO的輸出控制脈沖與IGBT的集電極和基極兩端的控制脈沖對應(yīng)關(guān)系如圖7所示。

    圖7的信號是從GPIO口輸出的控制脈沖,，最高邏輯電平被上拉電阻提升到5 V,，滿足了TTL與CMOS電路的轉(zhuǎn)換條件。IGBT的控制脈沖高電平為+14 V,，此時管子導(dǎo)通,，低電平為-8 V，管子關(guān)斷,?？煽闯鰪钠脚_內(nèi)部輸出的GPIO控制脈沖與IGBT的控制脈沖完全對應(yīng)，驗(yàn)證了平臺接口板設(shè)計(jì)正確性,。
    本文通過對三相整流器高速實(shí)時仿真平臺的電壓和電流信號采集電路及調(diào)理接口電路的設(shè)計(jì),，通過實(shí)驗(yàn)可得接口設(shè)計(jì)電路電壓的相位和幅值完全一致，在線形光耦采集調(diào)理電路的電阻分壓后,輸入直流電壓信號與輸出電壓信號相近,，隔離光耦線形度滿足要求,，驗(yàn)證了線形隔離光耦傳輸線形度好，設(shè)計(jì)的采集調(diào)理電路的正確性,。通過從平臺內(nèi)部輸出的GPIO控制脈沖與IGBT的控制脈沖完全對應(yīng),，驗(yàn)證了仿真平臺接口板設(shè)計(jì)的正確性和可行性，為進(jìn)一步研究硬件在三相整流回路中實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時仿真奠定了理論基礎(chǔ),，具有一定的應(yīng)用價(jià)值,。
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