赛灵思SPARTAN-3A FPGA 可强化面向多端DRI 电源逆变器的操控算法完结计划
面向工业运用的产品开发需求在时限和产品规范不断改变的环境中进行广泛的研讨和预备。尽管这个范畴的产品上市时刻不像消费类电子产品那样快，可是产品有必要敏捷出产交给，并具有尽可能多的用于开展新一代产品的要害性功用、特性和潜能。企业力求成为各自地点竞赛范畴的职业领导者，特别是在绿色动力等全新商场，因其尚处于起步阶段，没有预订的职业领导者，然后需求先驱者规划、开发和推出全新的产品。成功不只取决于倍受鼓舞、专注投入的工程师团队，高档核算技能和全新资料，一起还取决于有没有危险投资者或许政府机构为这些能够改进动力发电、分配、监控、计量和消费等范畴充溢远景的办法供给赞助。
2011 年秋天，来自新泽西的高档电源转化产品和代替动力体系制作商——普林斯顿电力体系(PPS)的工程师展现了他们最新的绿色电源产品。这种需求呼应逆变器(DRI)是PPS、美国动力部和桑迪亚国家实验室太阳能电网整合体系(SEGIS)为期三年的协作效果。
开宣布的多端DRI(图1)具有共同的灵敏性，比较现在可用的逆变器具有更高的牢靠性、更高的功率和更低的本钱等许多优势。该DRI 装备多个AC和DC 端子，能够将电源路由到电网、微型电网、DC 动力存储体系或动态负载上。可编程电源曲线和充电曲线可前进对发电机、负载和电池的操控，然后保证更高的功率。此外，运用大容量、较长运用寿命的高档开关可最大极限地前进牢靠性。
普林斯顿电力体系展现了DRI 的许多特性：前进电网的互联性和功率，增强可再生动力体系的功用，以及协助电动车和分布式发电体系完结更高的集成度。DRI 是该公司“日光岛”微电网演示(图2)的组成部分。这个演示具体地介绍了清洁技能和制作方面的严重前进，其间包含200 千瓦太阳能电池阵列和锂离子电池体系等。
微型电网能够独立于首要的共用电网运转，供给牢靠、低碳排放的动力。普林斯顿电力体系的DRI 与柴油或许汽油AC发电机相兼容，也可运用光伏(PV)或许风电输入。运用DRI 的小型社区能够削减对电网的依靠，削减碳脚印并下降共用设施本钱。此外，DRI 还能为电网服务和光伏供给面向电动车的存储和充电服务。
赛灵思Spartan 技能
为了充沛满意工业产品规划的需求，像普林斯顿电力体系这样的企业充沛利用赛灵思方针规划渠道(TDP)等灵敏开发东西的优势，并得到其丰厚的生态体系规划服务支撑。在这种状况下，工程规划团队面对的第一个应战是决议怎么扩展DRI 体系中数字信号处理器的输入和输出，以及怎么完结并行作业的操控和通讯接口。PDS Consulng 可为各种商场的可编程数字体系供给规划服务，其间包含航空航天与军用、播送、工业、科研和医疗等。该公司以赛灵思联盟计划成员的身份为这个项目供给作业支撑。
PDS 咨询团队可供给现场实践操作体系调试和PCB 发动，以及非现场RTL和IP 规划等服务。此外，咱们还向普林斯顿电力体系的开发人员提出主张怎么完结面向他们绿色电源操控算法的体系操控接口。终究，工程师挑选将赛灵思Spartan? XC3SD3400A FPGA 与DSP相结合，当作主体系操控组件(图3)。
Spartan-3A FPGA 具有丰厚的SelecOTM 功用，能够为完结计划带来高度的灵敏性，关于触发信号和ADC 输入通道而言尤为如此。赛灵思Spartan-3A 系列因其FPGA 答应进行现场规划晋级，可防止昂扬的初始本钱和冗长的开发周期，比照传统ASIC 固有的低灵敏性，因此可完美代替ASIC。Spartan-3A 支撑的集成技能可让普林斯顿电力体系面向绿色动力转化的专利操控算法成为实际。
完结DRI 体系的接口需求300 多组I/O，该接口能够以超越900kbps 的速率拜访8MB 闪存、256Mb SDRAM 以及USB/RS-232。此外，团队还充沛利用了Spartan 架构中固有的许多高速分布式32 位双端口RAM 的优势。可装备逻辑块(CLB)查找表作为双端口RAM 运用，可高效地在本地存储ADC 供给的全新动力波形采样，一起可让DSP 读取此前的采样波形，以及PicoBlaze ?嵌入式处理器剖析来自第二个端口的新值。
赛灵思FPGA 的优势
普林斯顿电力体系的算法需求进行许多的核算，这只能由浮点DSP 才干完结，但FPGA 具有许多DSP 不具有的特性。赛灵思FPGA 的一些特性十分适用于这个普林斯顿电力体系项目，其间包含多电压、多规范SelecTIO I/O 引脚;可装备逻辑块;block RAM;以及可完结许多可编程触发信号的存储器接口等。这些信号生成和履行脉冲序列，用于触发IGBT 等功率电子开关，并操控担任在每个脉冲或定制高速串行接口上读取重要体系测量值的许多高速ADC 通道。
FPGA 不只协助普林斯顿电力体系规划和完结了完美契合其特定要求的定制外设，一起还为输入值的处理供给了更富余的核算资源，不然这些处理作业将需求由DSP 完结。根据Sparant-3FPGA 的规划能完结多个流程：运用连接到DSP 的ADC 的读取值来完结体系过错查看;完结时钟驱动作业，比方在必要时精准地读取ADC;完结ADC 值的均匀核算。
假如没有FPGA，这其间的一些功用要求就无法完结。其它功用将需求在DRI 的操控板上装置更多的组件，或许需求愈加杂乱的软件架构。普林斯顿电力体系的团队知道应尽量防止呈现后一种状况，由于操控板是DRI 体系的中心。
普林斯顿电力体系的研制司理Frank Hoffman 指出：“尽管现在越来越多的DSP 能够供给之前没有的外设，但FPGA 的运用仍具有重要意义。跟着每一代产品的问世， 从Spartan-3 到Spartan-6，FPGA 内部的核算资源数量不断添加，现在现已能够把更多的核算作业分配给FPGA。这就意味着能够用更快的速度运转咱们杂乱的操控算法，然后改进生成的输出质量，比方DRI 的输出。”
成果
一方面运用FPGA 的技能优势十分显着(快速原型规划、灵敏架构、用于快速体系内调试的赛灵思ChipScopeTM 集成逻辑剖析器等高档支撑东西)，另一方面这项决议也对普林斯顿电力体系的成果(bottom line)造成了影响。
