摘要：电力电子电路是一种运用综合技术的电力，包括控制电路和主电路。在电力电子技术快速发展的初期，电路的主功率开关管主要使用晶闸管、整流管等半控型或不可控型器件，主要采用模拟电路进行控制，存在工作效率低、控制精确度低、电路功率因数低和动态响应缓慢等缺点。随着计算机控制技术的快速发展，它克服了模拟控制技术的不足，可以更好地调整参数和温度漂移，大大提升了电力电子电路的安全性和可靠性。
关键词：计算机控制技术；电力电子电路；单片机
1 计算机控制技术和电力电子电路的概述
1.1 计算机控制技术
随着时代的发展，计算机技术不断提升，一些传统的不可控器件已经无法满足人们的需求。于是，全控型电力电子器件应运而生，并得到了人们的认可。
1.1.1 计算机控制技术的优点
在电力电子技术快速发展的初期，电路的主功率开关管主要使用半控型或不可控型器件。随着全控型电力电子器件的快速发展，它得到了外界的广泛认可和使用。与传统模拟量控制方式相比，电力电子电路使用计算机控制技术具有以下优点：（1）计算机数字化控制能够消除传统模拟调节器存在的一些很难克服的问题，如温度漂移等，器件的一些参数也可以单独控制，如微分系数、比例、积分等都可以进行参数调节；（2）计算机控制的电力电子电路使用很灵活，便于实现一些特殊的控制规律，修改一些程度代码就能直接调节规律，不需要安装或者改装一些硬件设备，大大降低了经济成本；（3）计算机控制的电力电子电路故障解决能力强，能够自动储存一些运行数据，在机器发生故障时可以直接分析运行数据，解决故障；（4）计算机控制的电力电子电路能够自行和上级系统进行通信，直接进行无人监管和集中监控；（5）系统控制由硬件控制变成了软件控制，以实现反馈信号的调节、检测、故障诊断、功率开关器件的触发控制，简化了器件硬件，增强了系统的可靠性。
1.1.2 计算机控制技术的主要特质
全控型电力电子器件能够通过修改一些程序代码改变它的一些规律，在不增加设备的前提下，提高控制水平。此外，能够通过计算机控制技术改善一些传统的模拟调节器存在的温度漂移问题，还能直接改变一些参数问题。另外，计算机的控制技术在故障维修上也有很强的能力，可以自动存储数据，在机器发生故障后，能够利用数据分析故障的原因。使用计算机控制技术还能减少使用元器件的数量，不仅优化硬件结构，还降低了经济成本，提高了系统的可靠性，达到了集中监控的目的。
1.2 电力电子电路
电力电子电路主要有控制电路和主电路组成，是一种综合使用电力、电子、控制等多种技术对电能的频率、幅值和相位等各种参量实行变化的电路。其中，控制电路通过触发信号的改变控制主功率开关管的导通和管断；主电路则是通过构成电能的能量传递通道，从而调节电路的输出。
2 计算机控制技术在电力电子电路中的应用
2.1 在电力电子电路中运用单片机进行调控
单片机是一种电力电子电路中的单片微控制器。从表面上看，它只是一个逻辑功能芯片，但在一定状况下，计算机是由微型芯片成就的。微型芯片具有质轻、体积小的优点，也为计算机软件开发和应用提供了理论依据，为单片机详细掌握计算机的运行原理和构造打下了基础。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在电力电子电路使用上，单片机作用于调节电压电流和电路运算。这一点直接关乎整个电路系统的运行。在电子电路的计算机控制中，真正实现了双调控制高频PWM控制技术。在一个特定层面来看，运用单片机能够缓解或者解决PWM中精度和高频的使用矛盾[4]。此外，单片机还被运用到智能仪器表、工业测试等结构中，未来还可能被用于生活家电中。传统模拟电路的全新突破就是运用单片机，以计算机控制技术提升工作效率。但是，单片机控制上还存在一些不足，如频率和精度上，在处理一些数据量非常大的场合常出现各种失误。因此，DSP作为更先进的电子电路技术应时代需要出现了。
2.2 运用DSP在电力电子电路中进行调控
DSP继承了波特率发生器与FIFO缓冲器集一身的新一代可编程处理器，也是数字信号处理器。DSP能以更高的速度同步与标准异步串口，甚至部分片内还存在采样/保持功能、PWM信号输出、A/D转换电路等。相对于普通的单片机来说，它在CPU存储容量、处理速度和集成度方面具有独特优势。精简指令系统计算机下属的DSP能在一个周期内完成多数指令，并使用处理技术使DSP在相同周期内同时完成多个指令。另外，DSP使用了经过改进的哈佛结构，因此其程序和数据空间之间相对独立，能同时储存数据和程序。此外，DSP中具有强大的数据运算能力。单片机采用诺依曼机构，属于复杂指令系统计算机，将数据和程序放在相同空间进行存储。这样在相同时刻无法同时访问指令和数据，运行指令周期一般要2～3个指令周期。单片机会受到ALU功能限制，只能做加法，而做乘法运算时需要通过软件完成，因此无法同时完成几个指令，且占用了更多的指令周期，速度较慢。DSP是通过单指令执行运算，指令执行速度快8～10倍，单次运算乘法时间相对于单片机则快16～30倍。在电力电子电路中，DSP主要控制监控、保护系统和主电路，并进行系统通信等，其中使用的电路有功率因数校正电路、UPS逆变控制电路、谐波抑制电路和交流电机调速电路。除上述功能外，DSP还负责了检测、控制显示、数字锁相和上位机的通信。虽然DSP具有很多优势，但是存在一定的缺陷，如采样超时、选择采样频率、PWM信号频率与精度、运算时间与精度等，直接影响电路的控制能力。
2.3 电力电子电路中FPGA的运用实践
FPGA是可编程门列阵，是以GAL和EPLD编程器为基础发展而来的。它更符合新形势下人们对专用继承电路的需要，弥补了常规可编程器件门电路数有限的缺点，解决了定制电路数有限的缺憾。FPGA属于可重构器件，可在其内部逻辑上根据用户的个性化需求进行设定，受到了用户喜爱，被广泛应用于电子电路。简单来说，FPGA可分成三个部分，分别为可编程I/O模块、可编程内部连线和可编辑逻辑块。FPGA的集成相对较高。在一片FPGA中，至少有上千个等校门，而通过FPGA能够科学化处理这些十分复杂的逻辑并系统化，从而组成分立元件组成电路和多块机车定点路。另外，FPGA还能利用VHDL设计电路系统，通常包含电路系统的行为描述、RTL描述和门机描述三个层次。只要各个方面都符合规定，那么电力电子电路就可以混合仿真以上几个层次，从而设计数字化的电路系统。DSP在软件更为复杂、取样速率低的情况下更适合使用，而FPGA在数据率较高、取样率较低、任务相对单一和操作较简单的情况下更适合使用。目前，市场上在PWM控制、直流电机和逆变器控制系统上都有使用PWM技术。
结论
随着时代的发展，计算机技术不断提升，计算机控制技术在使用中也发现了很多问题。无论是单片机、DSP或者FPGA，虽然都具备自己的优势，但也存在很多不足，在实际应用中具有一定的局限性。基于此，出现了控制芯片的混合产品。这种新产品能够集各种技术优点于一身，更好地发挥计算机控制技术的优点，进而促进电力电子电路的快速发展。
参考文献：
[1]杨旭.电力电子中的数字控制技术专辑特邀主编评述[J].电力电子技术，2010，44（12）：1.
[2]陈泽龙.电力电子电路中的数字化控制技术[J].变频技术应用，2016，（6）：12-13
论文作者:孙颖,陆晶
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/25
标签：电子电路论文; 电力论文; 电路论文; 技术论文; 计算机控制论文; 单片机论文; 指令论文; 《基层建设》2018年第36期论文;