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研旭功率硬件模组与快速原型控制器助你提高研发效率、降低研发成本

研旭功率硬件模组与快速原型控制器助你提高研发效率、降低研发成本

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【摘要】:
引言: 功率硬件电路性能不稳定?嵌入式控制器开发复杂?绝妙的控制算法验证成本太高?稳定、长期开发人员少,开发人员变化快?代码像天书一样?与其修改,不如重写?快速原型控制器太贵了?功率硬件模组,进口产品太贵了? 

引言:

 

功率硬件电路性能不稳定?

嵌入式控制器开发复杂?

绝妙的控制算法验证成本太高?

稳定、长期开发人员少,开发人员变化快?

代码像天书一样?与其修改,不如重写?

快速原型控制器太贵了?

功率硬件模组,进口产品太贵了?

 

这些功率硬件相关产品研发中的痛点,研旭都碰到过。研旭从嵌入式DSP仿真器与C2000 DSP开发板、实验箱切入市场,而后进一步从事了逆变器、微电网的关键件电源产品的研发,积累了不少的实用经验与教训,在做功率硬件、电源产品的企业中,研旭做开发板与仿真器的经验是胜人一筹的,在做仿真器与开发板的企业中,研旭的功率硬件开发经验是比较丰富的,每家企业与每个人都有特点,研旭则结合自身的特点,推出性价更高、实用性更好的快速原型控制器以及功率级硬件模组,以解决以上市场痛点。

 

为进一步提高相关客户的功率硬件开发效率,降低开发与验证成本,提高科研产出效率,研旭从基于模型开发的角度推出了性价比更高的功率硬件平台与YXSPACE系列快速原型控制器。

 

1、YXSPACE系列快速原型控制器

 

在产品研发前期、算法验证阶段,若采用实际控制器进行控制时,存在周期长、可靠性差等问题。若采用快速控制原型(Rapid Control Prototyping简称RCP),那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的验证。

 

基于模型开发(MBD)与RCP这样的较为先进的开发方法目前主要在汽车控制器与航天控制器中应用较多,其中有一个原因,是由国外企业主导的快速原型控制系统价格非常昂贵,一般中小企业、一些科研人员很难有机会,有动力深入使用。但现实是,嵌入式开发人员越来越多,要求原来越高,系统越来越复杂,算法越来越奥妙,研旭从事的新能源领域,光伏变流器、风机变流器、储能变流器等电力电子变换开发系统的开发就是如此,其有很大的内在需求。通过模型开发平台MATLAB的Simulink搭建控制算法模型,下载到YXSPACE控制器中,即可实现控制过程。从而开发者可以不用研究任何控制芯片,以及任何嵌入式编程语言,只需要把所有精力放在核心控制算法的研究上面。

 

南京研旭电气科技有限公司,始终致力于新能源各类产品的研究,也与很多科研院所以及高校建立了深厚的合作关系。多年来积累了很多宝贵的经验,同时也接收很多合作单位的宝贵建议,从而研旭研发出快速控制原型控制器YXSPACE。

 

YXSPACE,采用TI公司的C2000系列DSP-F28xx作为核心控制器。研旭选择此款DSP,正是由于其被广泛应用与各类新能源产品当中。所以YXSPACE快速控制原型在满足控制需求的情况下,更能贴近实际产品,为开发者提供更为可靠的验证结果。

YXSPACE快速原型控制器(机架型)

 

研旭公司推出的YXSPACE产品系列,能够将用户设计的图形化的高级语言编写的控制算法(Simulink)转换成DIDO、AIAO量,完成实际硬件控制。其基本控制框图如下所示:

 

仿真软件嵌入、免手写代码

 

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建,将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后,再结合TI公司的CCS编译工具产生可执行文件,下载至YXSPACE控制器中运行。

 

研旭YXSPACE软件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式,同时可以实时监测控制过程中的各类运行量,包括采集量、中间控制变量等。另外此软件集成了保护机制,用户只需要设置硬件运行中的极限值,控制器就会按照此极限值进行实时判断,一旦超过,控制器会自动停止运行,以达到保护后极功率电路的目的。

 

研旭YXSPACE软件包括了4类控件,分别为按钮控件、指示灯控件、静态框控件、示波器控件等。用户可以借助此4类控件,直观、方便的了解控制器的控制效果。

 

与功率硬件模组配合 研发效率倍增

 

2、YXSPACE独特优点

1、采用目前市面成品常用的控制芯片作为CPU,其仿真结果针对实际研究更具有参考性;

2、在Matlab中设计的控制算法自动生成代码,自动加载到实时目标机中运行,避免了繁琐的编程和Debug工作

3、使用门槛低,会Matlab仿真即可完成实验测试工作,所有测试工作只需一人即可完成

4、保护机制齐全,此部分不需要用户实际搭建保护模型,只需配置控制量的极限值即可实现实时保护,让用户不用为安全保护费心,更多的关注于核心控制算法;

5、模型与硬件接口链接简单,只需记住端口编号即可,更不用配置硬件各类细节,免去一切不必要的麻烦;

6、性价比高,在同等功能的前提下,YXSPACE成本更低。

7、具备自主编写的驱动库,可以直接导入到Simulink库中,用户可以直接在Matlab软件中拖动相应的硬件元件库,将模型中的数据直接与硬件对接,无需再花费时间去查询硬件映射。8种库文件,可适用于各种工程调试需求。

8、用户可以随意拖拽即可完成与硬件的连接,同时,配套了组态式的上位机,可以查看模型中任何的中间变量,可随时观测各种关键变量,从而做出相应参数上的更改。

 

YXSPACE 库

 

YXSPACE 库

 

3、YX-RCP 软件

 

研旭公司专门为YXSPACE研发了一套上位机监控软件YX-RCP软件,采用组态式交互界面,方便用户灵活、方便的查看控制器的工作信息。

 

软件中有三类设置,包括YXSPACE设置,主要设置通信的IP地址,以及板卡的数量;还包括PWM设置,主要指示PWM的频率值,死区值,以及动作有效值,编码器精度值等;最后包括YXSPACE显示界面,用于最终的数据查看以及设置。

 

YXSPACE显示界面中包括遥控、遥调、遥信、遥测、示波器控件,他们主要功能如下表:

 

简洁的组态人机控制

 

除此之外,YXSPACE软件还有“开始”“停止”“复位”“保护”按钮,其中保护功能,在实际控制的时候,可以防止由于控制错误而损坏设备,可以通过限制值及时的保护设备。

 

并网逆变器案例,控制器采用YXSPACE-10,功率转换采用三相全桥电路。Simulink模型如下:

 

算法代码一键生成

 

采用电压空间矢量控制(SVPWM)算法,采集三相电网电压、三相并网电流,直流电压、直流电流等模拟量,进行有功、无功解耦,外环控制电压、内环控制电流,最终计算输出3组互补对称PWM波形,驱动开关器件,从而实现并网逆变器功能。

 

通过YXSPACE软件配置控制器为控制步长10KHz,PWM模式为互补对称模式,死区2us等。进而搭建相应监控环境,如下图所示:

 

示波器窗口
 

此监控环境可以监控到电压电压波形、并网电流波形、直流电压和直流电流波形,同时可以通过静态框告知模型控制外环电压值。

 

控制器运行后,采用软件控件显示三相电网电压波形以及并网电流波形如下图所示:

 

并网波形

 

实际示波器波形图:

 

紫色为电压,黄色为并网电流

 

实物照片

 

4、功率硬件模组

 

南京研旭公司最新研发推出了YXPHM系列工业级电力电子功率模块,YXPHM系列模块是面向高校实验室、科研院所以及成品电力电子制造厂商的系列功率拓扑模块。具备稳定的可靠性和良好的扩展性,种类丰富,囊括了现今主流的电力电子拓扑结构。外壳采用透明的亚克力板材,美观实用,用户可以方便观察内部的硬件结构,简洁的输入输出设计,减去用户对模块中间环节的困扰,让用户更专注的投入到核心研发中。

 

功率硬件模组开放式封装

 

功率硬件成品封装

 

智能型功率硬件平台主要包括:

 

DC-DC功率硬件模组:

1、BUCK/BOOST双向非隔离DCDC模块

2、双路交错BUCK/BOOST并联模块

3、双路BUCK/BOOST串联模块

4、半桥/全桥双向隔离型DCDC模块

5、PWM移相全桥DCDC模块(软开关)

6、LLC串联谐振全桥DCDC模块(软开关)

 

AC-DC功率硬件模组:

1、单相功率因数校正PFC模块

2、三相单相功率因数校正PFC模块(VIENA)

 

DC-AC功率硬件模组:

1、单相两电平DC-AC逆变模块

2、三相两电平DC-AC逆变模块

3、三相三电平DC-AC逆变模块(T型)

4、三相三电平DC-AC逆变模块(NPC型)

 

功率硬件模组组合应用方案:

1、光伏单/三相DC-AC逆变拓扑

2、背靠背AC-AC风机变流拓扑

3、双向DC-AC储能变流拓扑

4、永磁/异步/伺服/无刷电机驱动拓扑

5、单/三相可编程直流电源拓扑

6、大功率隔离型DC-DC拓扑

7、MMC模块化多电平拓扑

8、电力电子变压器PET拓扑

 

5、将YXSPACE与YXPHM组成系统

 

YXSPACE快速原型控制器与YXPHM功率硬件模组、测试仪器、信号源组合使用,研发效率迅速挺高,也可以作为功率硬件模组产品的测试系统。如图