基于FPGA的SPWM数字化自然采样脉冲发生器的研究

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1、摘要由于能够产生显著的经济效益适应不同场合电能变换控制的要求通用性和灵活性。电力电子装置的应用范围不断扩大。为了电力电子装置的控制部分必须具有良好的以单片机、微控制器等器件为核心的电力电子控制器由于外围模拟电路固有的缺点，其控制灵活性差、精度低，抗干扰能力弱。可编程逻辑器件具有集成度高、实时性好、开发周期短等突出的优点，并且其性价比越来越高，这些使得满足电力电子装置控制要求的通用控制器的实现成为可能。脉宽调制技术(PWM)是非常重要的电力电子控制技术，对提高电力电子装置的性能，促进电力电子技术的发展有着巨大的推动作用。其中，正弦脉宽调制技术(SPWM)是应用最广泛的PWM技术。本文首先

2、介绍了SPWM数字化自然采样脉冲发生的原理，然后重点论述了基于FPGA硬件平台开发SPWM数字化自然采样脉冲发生和辅助处理电路的过程，所有电路模块的具体设计都是用VHDL语言进行描述并在ISE6．2开发软件下完成了编译、综合、布局布线和仿真。其中，脉冲发生器和脉冲辅助处理电路模块的开关频率、死区时问、最小开通和最小关断时间可根据要求调节，而且电路模块作为IP核可移植性强。最后引入数字信号处理器(DSP)实现对脉冲发生器的控制，脉冲发生器与控制器连接简单，脉冲发生不受控制器影响，可独立运行。仿真和试验结果都表明本文设计的电路符合功能要求。关键词：现场可编程门阵列(FPGA)；正弦脉宽调制

3、(SPwM)；脉冲发生器数字化自然采样法AbstractBecausepowerelectronicequipmentsCallproducenotableeconomicperformance，ithasbeenappliedinmanyfields．Inordertomeetpowerenergy’Stransformationcontrolofdifferentappliedsituation，thecontrollerofpowerelectronicsequipmustbeversatileandflexible．ThecontrollerbasedSingleChipMic

4、yocoandtinycontrollergraduallycannotmeettheneedstopowerelectronicequipments，becausetheyhaveSOmanyinherentweaknessessuchasweakflexibility，lowprecisionandanti—disturbetc．ButFieldProgrammableGateArray(FPGA)hastheadvantageofhigh·integration，betterreal—timeandshortperiodetc．WiththerapiddevelopmentofF

5、PGAcurrently，analogcontroltechniquewillgraduallybesubstitutedbydigitalcontroltechniqueinthefieldofcontrollingpowerelectronicequipments．Pulse—WidthModulmion(PWM)techniqueisanimportantpartofpowerelectronictechnique，andsinusoidalPWM(SPWM)techniqueismostwideappliedwhichcanenhancepowerelectronicequip

6、ment’Sperformance．Firstly，theprincipleofSPWMtechniqueisintroducedandthedigitizationofnaturalsamplingbasedSPWMisdiscussed．ThentheprocessinrealizingthefunctionofdigitalnaturalsanaplingpulsegenerationbasedSPWMandtheauxiliarypulseproceedingbyFPGAispressedindetail．Allofthemodulesofpulsegeneratorarede

7、signedbyVHDLandcompiledandsynthesizedandimplementedandsimulatedbyISE6．2software．Thesimulatingoutputsrevealthatthecircuitsdesignedinthispaperarefitfulfortherequirementofthefunctionsweneed．Theoperaling行equencyandthedeadareatim