基于fpga的逆变电源的设计

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1、《机电技术》2010年第1期机电研究及设计制造基于FPGA的逆变电源的设计杨晓丽林寿英(福建农林大学机电工程学院,福建福州350002)摘要：随着电力电子变流技术的不断发展,用电设备对高品质的电源需求日益增多,近几年来高性能的SPWM逆变器的研究越来越受到关注,控制器从过去的模拟电路时代逐渐进入到全数字控制时代。FPGA应用于逆变电源大大提高电源的质量和控制效率。关键词：逆变电源FPGAPWM中图分类号：TP332TM464文献标识码：A文章编号：1672-4801（2010）01-082-03[4]变频控制方法。目前采用较多是脉宽调制技术即引言PWM控制技术，即利用控制输出电压的

2、脉冲宽度，逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的将直流电压调制成等幅宽度可变的系列交流输出20世纪60年代，逆变电源的发展是和电力电子电压脉冲，来控制输出电压的有效值、控制输出器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆电压谐波的分布和抑制谐波。由于PWM技术可以变电源的发展。最初的逆变电源采用晶闸管(SCR)迅速地控制输出电压，及其有效地进行谐波抑制，作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源，因而它的动态响应好，在输出电压质量、效率诸由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必方面有着明显的优点。须通过增加换流电路来强迫关断SCR，SCR的换流电路限制了逆变电源的进一步发展。随着半导

3、体2PWM控制信号的产生方式技术和变流技术的发展，自关断的电力电子器件PWM逆变器中开关器件的通断控制直接关系脱颖而出，相继出现了电力晶体管(GTR)、可关断到输出电源的质量。PWM控制信号主要可以有以晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘下几种方式：栅双极晶体管(IGBT)等等。自关断器件在逆变器(1)采用单一的通用微控制器(单片机)来产中的应用大大提高了逆变电源的性能。由于自关生PWM。该方案只须采用单个芯片，功能强大，断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆控制灵活，保密性能好，但所有的PWM信号的产变桥输出电压中低次谐波的频率比较高，使输出生均需占用CP

4、U大量的工作时间，软件编程开发滤波器的尺寸得以减小，而且对非线性负载的适周期长，通用性差，不利于产品的更新换代。应性得以提高。随着电力电子变流技术的不断发(2)采用专用大规模集成电路来产生SPWM信展,用电设备对高品质的电源需求日益增多,近几号。属于纯硬件实现PWM的方法，使用简单，省年来高性能的逆变器的研究越来越受到关注。去编写软件的麻烦，开发周期短，但由于所实现1逆变电源研究技术现状的功能在芯片设计时都已确定，控制比较单一，欠灵活性，难以完成更多的复杂控制功能。逆变器的研究大致经历了从方波逆变器到阶(3)采用微控制器和专用大规模集成电路相梯波合成逆变器、再到SPWM逆变器的过程

5、。方波结合。可以兼具灵活简单特性，易于功能开发、逆变器电路拓扑简单，功率器件数目少，直流电扩展和产品的更新换代。微控制器软件完成较复压利用率高，输出电压可调，但谐波含量大，滤杂的控制算法，专用大规模集成电路内部均有独波器体积重量大。阶梯波合成逆变器电路拓扑复立的通道，能将微控制器送来的数字信号产生为杂，功率器件数目多，输出电压不可调，但输出驱动三相逆变器所需的PWM，而且波形并不局限电压谐波含量小，滤波器体积重量小，通常采用于正弦波调制，同时内部具有封锁脉冲和可编程两组阶梯波合成逆变器进行移相控制以实现对输死区时间的能力，适合于交流电机的变频调速。出电压基波分量大小的调控。随着逆变

6、器控制技如Simens公司的SEL4520，Mitel公司的SA4828术的发展，电压型逆变器电源出现了许多的电压、等，但成本较高。82机电研究及设计制造《机电技术》2010年第1期这时利用FPGA构成的控制系统就更能体现它便地进行数字电路设计；的优越性能，利用FPGA芯片来产生PWM触发信号，(5)FPGA内部资源丰富，可根据需要配置成可以减少占用的DSP芯片的资源和时间，帮助微机锁相环、ROM、RAM、FIFO等各种外围电路。试制更好的来控制电路。采用数字化控制，不仅大大降成功后，如要大量生产，可以按照FPGA的设计定低控制电路的复杂程度，提高电源设计和制造的灵做全定制ASIC

7、芯片，降低成本。正因为此，近几活性，而且可以采用更先进的控制方法，从而提高年来逆变器单芯片实现技术的研究越来越受到关逆变电源系统输出波形的质量和可靠性。注，这种专用控制电路(ASIC)的设计已成为逆变控制器发展的新方向之一。3FPGA的特点和设计过程[5,7]3.2FPGA的设计流程[1,2,3]3.1FPGA的特点FPGA设计大体可分为设计输入、设计综合，FPGA(现场可编程门阵列)是一种大规模可编仿真验证和设计实现等以下四个步骤。程逻辑硬件平台，是在全定制ASIC