Bild 2: Schematische Darstellung der Aufgabenverteilung zwischen FPGA, Echtzeitcontroller und dem PC.

Bild 2: Schematische Darstellung der Aufgabenverteilung zwischen FPGA, Echtzeitcontroller und dem PC. National Instruments

Darstellung in Labview

Dem FPGA ist ein Echtzeitcontroller, der für die allgemeine Bedienung der Stromquelle wie beispielsweise der Freigabe, dem Laden und dem Speichern von Einstellungen zuständig ist. Zudem übernimmt der Echtzeitcontroller die Konfiguration des FPGAs und die Kommunikation mit dem PC. Über die Benutzeroberfläche auf dem PC kann der Benutzer schließlich Einstellungen an der Stromquelle vornehmen, Sollwerte einstellen und die Stromquelle aktivieren und deaktivieren. Wie auf Bild 2 zu erkennen ist, dient die Labview-basierte Benutzeroberfläche auch der Darstellung der momentanen Ist-Werte.

Inbetriebnahme mit Labview und Multisim

Die Inbetriebnahme des FPGA-Quellcodes erfolgte unter Zuhilfenahme einer Co-Simulation mit Labview und Multisim. Hierzu erstellte man zunächst ein Modell der Endstufen mit der Spice-Simulationssoftware Multisim. Dabei definierte man die Gate-Anschlüsse der Leistungshalbleiter sowie diverse Messsignale als Schnittstellen zu Labview. Anschließend wurde der FPGA-Quellcode mit einem FPGA Desktop Execution Node in eine Simulationsschleife innerhalb eines Virtual Instruments (VI) gelegt und mit dem Multisim-Modell gekoppelt. Ein Frontpanel des VIs stellte die Simulationsergebnisse wie beispielsweise die Ansteuersignale, die Ausgangsspannung sowie die Ausgangsströme dar. Die so erstellte Simulation ermöglichte zunächst die PWM-Erzeugung und die Inbetriebnahme der Regler, ohne dabei die Bauelemente zu beschädigen.

Die entwickelte Stromquelle zeichnet sich neben der modularen Hardware auch durch den modularen Aufbau der Software aus. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Adaption für neue Anwendungen. Der GPIC bietet eine gut verfügbare und einfach zu programmierende Basis für derartige Entwicklungen.

Eck-Daten

Zur Erzeugung eines mit bis zu 20 kHz alternierenden Magnetfelds entwickelten Forscher eine Stromquelle mit ausgangsseitigem Serienschwingkreis. Dabei sind Stromstärke und Frequenz in weiten Grenzen einstellbar. Um dies zu erreichen, werden zwei IGBT-Endstufen mit einem General Purpose Inverter Controller (GPIC) von National Instruments (NI) angesteuert. Dem GPIC ist eine Tochterplatine zur Seite gestellt, auf der neben dem Signalrouting und der Messwertfilterung auch zusätzliche schnellere Analog-Digital-Converter (ADC) vorgesehen sind. Die Stromregelung übernimmt ein FPGA, der sich auf dem GPIC befindet. Zusätzlich zum PID-Regler werden auch die SPI-Kommunikation zu den ADCs und die PWM-Erzeugung zur Ansteuerung der Endstufen vom FPGA ausgeführt. Die Inbetriebnahme der FPGA-Quellcodes erfolgte mithilfe einer Co-Simulation von Labview und Multisim.

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