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Impedyme FPGA Scope

该 Impedyme FPGA Scope 是一款内置的高速信号可视化与诊断工具，专为 Impedyme CHP 系列 实时仿真平台而设计。FPGA Scope 深度集成于 Impedyme 以 FPGA 为核心的实时控制与信号处理架构中，使工程师能够以亚微秒级分辨率监测、触发和分析关键的电气和控制信号——完全无需外部示波器或数据采集硬件。

这种紧密的 FPGA 集成使 Impedyme FPGA Scope 成为高级 电力硬件在环（PHIL）, 控制器 HIL以及电网合规验证工作流程的核心差异化优势。

 

用途与应用场景

在 现代 HIL 和 PHIL 测试 环境中，工程师面临着日益增加的系统复杂性、更高的开关频率和更严格的合规要求。传统的基于软件的示波器或外部仪器往往无法捕捉真正的实时行为。Impedyme FPGA Scope 专为应对这些挑战而打造，使工程师能够：

1

观察内部系统状态（Id/Iq、Vabc、Vdq、控制器状态、积分器输出）

2

验证时序关键信号（PWM 边沿、PLL 锁定行为、故障逻辑响应）

3

实时排查控制算法性能

4

分析瞬态事件、故障穿越和电网扰动

Impedyme FPGA Scope 解决的工程挑战

现代电力电子和实时仿真环境带来了传统测量和调试工具难以应对的工程挑战。Impedyme FPGA Scope 专为解决这些问题而设计，可对快速、时序关键的系统提供确定性的、FPGA 级的可见性。以下是最常见的工程挑战，以及 Impedyme FPGA Scope 如何克服它们。

1. 高速系统中错过的瞬态事件

挑战：
电压暂降、开关尖峰或故障触发等快速瞬态可能在数微秒内发生，往往被外部工具错过。

解决方案：

    • 直接在 FPGA 执行路径内捕获信号
    • 亚微秒级时间分辨率
    • 触发前和触发后事件捕获
2. 控制环路不稳定与调谐问题

挑战：
控制环路可能由于时序不匹配、饱和或积分器饱和（windup）而变得不稳定。

解决方案：

  • 访问内部控制器状态
  • 实时比较参考信号与反馈信号
  • 实时调谐并即时验证波形
3. PHIL 环路振荡与稳定性问题

挑战：
功率硬件在环装置可能因延迟或阻抗失配而出现振荡。

解决方案：

  • 与 PHIL 时序同步的确定性捕获
  • 同时监测电压、电流和阻抗信号
  • 在不稳定事件期间进行基于触发的捕获
4. PWM 抖动与开关调试

挑战：
高频 PWM 信号 需要精确的时序分析来检测抖动或占空比畸变。

解决方案：

  • FPGA 级的 PWM 时序可见性
  • 高分辨率的开关周期分析
  • 精确的跳变时序测量
5. 控制域与仿真域之间的同步

挑战：
控制逻辑与仿真模型之间的时序错位会影响测试精度。

解决方案：

  • 在同一实时时钟域内捕获的信号
  • 与仿真步长的确定性同步
  • 时间对齐的波形捕获
6. 对内部 FPGA 信号的可见性有限

挑战：
传统工具在实时运行期间往往无法访问内部 FPGA 信号。

解决方案：

  • 直接监测内部 FPGA 变量
  • 无需外部探头的实时信号检查
  • 改善嵌入式控制逻辑的调试

架构概览

FPGA Scope 不是后处理工具——它直接嵌入在用于仿真和控制的 FPGA/DSP 硬件的实时信号路径中。这带来了多项优势：

功能优势
零延迟捕获直接从 FPGA 总线和 DSP 寄存器观察波形
高速采样能够以数百 kHz 到 MHz 的范围采样
基于触发的采集捕获围绕过压、电流尖峰、PWM 变化的事件
非侵入式观察不会造成性能损失，不同于传统的基于 CPU 的可视化

用户界面功能

FPGA Scope 界面 1 (1)
通道选择

最多 16 个同时信号通道

可选择：

  • 电压（Va、Vb、Vc、Vdq）
  • 电流（Ia、Ib、Ic、Idq）
  • PLL 输出、PWM 信号
  • 电网阻抗模型输出
  • 控制器状态（如 PI 输出、积分器状态）
信号缩放与单位
  • 自动单位处理（如 V、A、pu）
  • Y 轴缩放自动调整，也可手动固定
触发与时序控制

定义触发条件：

  • 上升/下降沿
  • 数值阈值
  • 信号匹配

可调时间窗口：

  • 查看触发前和触发后的波形
  • 有助于检测瞬态故障或不稳定
实时模式与快照模式
  • 实时模式： 连续实时更新，用于动态观察
  • 快照模式： 在触发时冻结，用于事件后分析
游标与缩放工具
  • 放大观察高频事件
  • 比较峰值之间的时间间隔
  • 使用十字准线测量信号幅值/时间

应用示例

1

控制器调试

2

IEEE 1547 故障响应

3

PHIL 稳定性验证

使用 FPGA Scope 进行电网规范合规与认证测试

在现代电力系统中， 电网规范合规与认证测试 对逆变器、变流器和其他分布式能源至关重要。满足诸如 IEEE 1547、UL 1741 和 IEC 61850包 LVRT/HVRT 要求，需要在实时条件下对电气信号进行精确、确定性的测量。 Impedyme FPGA Scope 提供这些测试所需的高分辨率、硬件集成的可见性。

主要优势

 

功能优势
完全 FPGA 集成真正的实时示波器捕获；无 CPU 延迟
高速与高分辨率捕获详细的波形动态
基于触发的事件捕获特定的故障、过冲或扰动
多通道视图叠加显示电压、电流和控制信号
随时可导出即时生成测试报告
安全且隔离无需在高压硬件上使用物理探头

Impedyme FPGA Scope 的性能能力

该 Impedyme FPGA Scope 旨在满足现代 电力电子、实时仿真和 PHIL/HIL 测试的严格性能要求。它的能力不仅由功能定义，还由 可测量的确定性性能指标 工程师在验证、调试和认证工作流程中可以信赖这些指标。

以下是使 Impedyme FPGA Scope 脱颖而出的关键性能特征的清晰说明。

1

时间分辨率

亚微秒（µs）分辨率可实现对快速瞬态、开关事件和 控制环路动态的精确捕获。

2

信号通道容量

支持最多 16 个同时通道，用于监测电压、电流、PWM 信号、控制器状态和内部变量。

3

触发响应时间

FPGA 级的确定性触发可实现即时事件检测，无软件延迟。

4

采样同步

与实时仿真步长的周期精确同步，确保波形完整性和时序精度。

5

最大可观测开关频率

精确捕获高频 PWM 和开关行为，适用于先进的 SiC 和 GaN 变流器应用。

6

数据缓冲深度与捕获时长

大容量板载缓冲支持更长的波形记录窗口，可分析短时瞬态事件和长时系统行为。

我可以同时监测多少个信号通道？
最多 16 个同时通道。您可以同时监测电压（Va、Vb、Vc、Vdq）、电流（Ia、Ib、Ic、Idq）、PLL 输出、PWM 信号、电网阻抗模型输出，以及诸如 PI 输出和积分器状态等内部控制器状态。
该工具如何帮助控制环路调谐？
FPGA Scope 让您直接访问内部控制器状态，包括 PI 输出、积分器和限幅信号。您可以实时比较参考信号与反馈信号，并立即看到增益变化的效果——显著减少调谐迭代，并帮助诊断由饱和或积分器饱和（windup）引起的不稳定。
它可以用于 PHIL 系统调试吗？
可以。FPGA Scope 在 PHIL 装置中尤为宝贵，它通过提供对真实硬件与仿真系统之间电压、电流和阻抗交互的同步可见性，帮助识别不稳定根源。
它可以处理哪些开关频率？
FPGA Scope 旨在精确观察高频开关行为，包括使用 SiC 和 GaN 器件的系统，使其适用于现代高速功率变流器。
它如何提高测试可重复性？
由于所有信号都在同一确定性 FPGA 时钟域内捕获，测量结果完全同步且可重复。这对于验证、认证和审计流程至关重要。

准备好亲眼见证 FPGA Scope 的实际表现了吗？

加入电力电子工程师和 HIL 测试团队的行列，他们正使用 Impedyme 的 FPGA 集成示波器实现亚微秒级信号可见性——无需外部仪器。

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