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標題: 研旭功率硬件模組與快速原型控制器助你提高研發效率、降低研發成本 [打印本頁]

作者: 格調人 時間: 2019-7-29 15:26
標題: 研旭功率硬件模組與快速原型控制器助你提高研發效率、降低研發成本

引言：

功率硬件電路性能不穩定？

嵌入式控制器開發復雜？

絕妙的控制算法驗證成本太高？

穩定、長期開發人員少，開發人員變化快？

代碼像天書一樣？與其修改，不如重寫？

快速原型控制器太貴了？

功率硬件模組，進口產品太貴了？

這些功率硬件相關產品研發中的痛點，研旭都碰到過。研旭從嵌入式DSP仿真器與C2000 DSP開發板、實驗箱切入市場，而后進一步從事了逆變器、微電網的關鍵件電源產品的研發，積累了不少的實用經驗與教訓，在做功率硬件、電源產品的企業中，研旭做開發板與仿真器的經驗是勝人一籌的，在做仿真器與開發板的企業中，研旭的功率硬件開發經驗是比較豐富的，每家企業與每個人都有特點，研旭則結合自身的特點，推出性價更高、實用性更好的快速原型控制器以及功率級硬件模組，以解決以上市場痛點。

為進一步提高相關客戶的功率硬件開發效率，降低開發與驗證成本，提高科研產出效率，研旭從基于模型開發的角度推出了性價比更高的功率硬件平臺與YXSPACE系列快速原型控制器。

1、YXSPACE系列快速原型控制器

在產品研發前期、算法驗證階段，若采用實際控制器進行控制時，存在周期長、可靠性差等問題。若采用快速控制原型（Rapid Control Prototyping簡稱RCP），那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的驗證。

基于模型開發（MBD）與RCP這樣的較為先進的開發方法目前主要在汽車控制器與航天控制器中應用較多，其中有一個原因，是由國外企業主導的快速原型控制系統價格非常昂貴，一般中小企業、一些科研人員很難有機會，有動力深入使用。但現實是，嵌入式開發人員越來越多，要求原來越高，系統越來越復雜，算法越來越奧妙，研旭從事的新能源領域，光伏變流器、風機變流器、儲能變流器等電力電子變換開發系統的開發就是如此，其有很大的內在需求。通過模型開發平臺MATLAB的Simulink搭建控制算法模型，下載到YXSPACE控制器中，即可實現控制過程。從而開發者可以不用研究任何控制芯片，以及任何嵌入式編程語言，只需要把所有精力放在核心控制算法的研究上面。

南京研旭電氣科技有限公司，始終致力于新能源各類產品的研究，也與很多科研院所以及高校建立了深厚的合作關系。多年來積累了很多寶貴的經驗，同時也接收很多合作單位的寶貴建議，從而研旭研發出快速控制原型控制器YXSPACE。

YXSPACE，采用TI公司的C2000系列DSP-F28xx作為核心控制器。研旭選擇此款DSP，正是由于其被廣泛應用與各類新能源產品當中。所以YXSPACE快速控制原型在滿足控制需求的情況下，更能貼近實際產品，為開發者提供更為可靠的驗證結果。

圖1 YXSPACE快速原型控制器（機架型）

研旭公司推出的YXSPACE產品系列，能夠將用戶設計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：

圖2 仿真軟件嵌入、免手寫代碼

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅動接口綁定后，再結合TI公司的CCS編譯工具產生可執行文件，下載至YXSPACE控制器中運行。

研旭YXSPACE軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時可以實時監測控制過程中的各類運行量，包括采集量、中間控制變量等。另外此軟件集成了保護機制，用戶只需要設置硬件運行中的極限值，控制器就會按照此極限值進行實時判斷，一旦超過，控制器會自動停止運行，以達到保護后極功率電路的目的。

研旭YXSPACE軟件包括了4類控件，分別為按鈕控件、指示燈控件、靜態框控件、示波器控件等。用戶可以借助此4類控件，直觀、方便的了解控制器的控制效果。

圖3 與功率硬件模組配合研發效率倍增

2、YXSPACE獨特優點

1、采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結果針對實際研究更具有參考性；

2、在Matlab中設計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作

3、使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實驗測試工作，所有測試工作只需一人即可完成

4、保護機制齊全，此部分不需要用戶實際搭建保護模型，只需配置控制量的極限值即可實現實時保護，讓用戶不用為安全保護費心，更多的關注于核心控制算法；

5、模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細節，免去一切不必要的麻煩；

6、性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。

7、具備自主編寫的驅動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數據直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調試需求。

8、用戶可以隨意拖拽即可完成與硬件的連接，同時，配套了組態式的上位機，可以查看模型中任何的中間變量，可隨時觀測各種關鍵變量，從而做出相應參數上的更改。

圖4 YXSPACE 庫

圖5 YXSPACE 庫

3、YX-RCP 軟件

研旭公司專門為YXSPACE研發了一套上位機監控軟件YX-RCP軟件，采用組態式交互界面，方便用戶靈活、方便的查看控制器的工作信息。

軟件中有三類設置，包括YXSPACE設置，主要設置通信的IP地址，以及板卡的數量；還包括PWM設置，主要指示PWM的頻率值，死區值，以及動作有效值，編碼器精度值等；最后包括YXSPACE顯示界面，用于最終的數據查看以及設置。

YXSPACE顯示界面中包括遙控、遙調、遙信、遙測、示波器控件，他們主要功能如下表：

圖6 簡潔的組態人機控制

除此之外，YXSPACE軟件還有“開始”“停止”“復位”“保護”按鈕，其中保護功能，在實際控制的時候，可以防止由于控制錯誤而損壞設備，可以通過限制值及時的保護設備。

并網逆變器案例，控制器采用YXSPACE-10，功率轉換采用三相全橋電路。Simulink模型如下：

圖7 算法代碼一鍵生成

采用電壓空間矢量控制（SVPWM）算法，采集三相電網電壓、三相并網電流，直流電壓、直流電流等模擬量，進行有功、無功解耦，外環控制電壓、內環控制電流，最終計算輸出3組互補對稱PWM波形，驅動開關器件，從而實現并網逆變器功能。

通過YXSPACE軟件配置控制器為控制步長10KHz，PWM模式為互補對稱模式，死區2us等。進而搭建相應監控環境，如下圖所示：

圖8 示波器窗口

此監控環境可以監控到電壓電壓波形、并網電流波形、直流電壓和直流電流波形，同時可以通過靜態框告知模型控制外環電壓值。

控制器運行后，采用軟件控件顯示三相電網電壓波形以及并網電流波形如下圖所示

圖9 并網波形

實際示波器波形圖：

紫色為電壓，黃色為并網電流

圖10 實物照片

4、功率硬件模組

南京研旭公司最新研發推出了YXPHM系列工業級電力電子功率模塊，YXPHM系列模塊是面向高校實驗室、科研院所以及成品電力電子制造廠商的系列功率拓撲模塊。具備穩定的可靠性和良好的擴展性，種類豐富，囊括了現今主流的電力電子拓撲結構。外殼采用透明的亞克力板材，美觀實用，用戶可以方便觀察內部的硬件結構，簡潔的輸入輸出設計，減去用戶對模塊中間環節的困擾，讓用戶更專注的投入到核心研發中。

圖11 功率硬件模組開放式封裝

圖12 功率硬件成品封裝

智能型功率硬件平臺主要包括：

DC-DC功率硬件模組：

1、BUCK/BOOST雙向非隔離DCDC模塊

2、雙路交錯BUCK/BOOST并聯模塊

3、雙路BUCK/BOOST串聯模塊

4、半橋/全橋雙向隔離型DCDC模塊

5、PWM移相全橋DCDC模塊（軟開關）

6、LLC串聯諧振全橋DCDC模塊（軟開關）

AC-DC功率硬件模組：

1、單相功率因數校正PFC模塊

2、三相單相功率因數校正PFC模塊（VIENA）

DC-AC功率硬件模組

1、單相兩電平DC-AC逆變模塊

2、三相兩電平DC-AC逆變模塊

3、三相三電平DC-AC逆變模塊（T型）

4、三相三電平DC-AC逆變模塊（NPC型）

功率硬件模組組合應用方案

1、光伏單/三相DC-AC逆變拓撲

2、背靠背AC-AC風機變流拓撲

3、雙向DC-AC儲能變流拓撲

4、永磁/異步/伺服/無刷電機驅動拓撲

5、單/三相可編程直流電源拓撲

6、大功率隔離型DC-DC拓撲

7、MMC模塊化多電平拓撲

8、電力電子變壓器PET拓撲

5、將YXSPACE與YXPHM組成系統

YXSPACE快速原型控制器與YXPHM功率硬件模組、測試儀器、信號源組合使用，研發效率迅速挺高，也可以作為功率硬件模組產品的測試系統。如圖

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