基于fpga的spwm設(shè)計(jì)方案-wenkub
2023-05-27 23:29:01 本頁(yè)面
【正文】 發(fā)生電路，用比較器來(lái)確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成SPWM波。它是通過改變輸出方波的占空比來(lái)改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速和閥門控制，比如電動(dòng)車電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式SPWM，即正弦脈沖寬度調(diào)制（Sinusoidal Pulse Width Modulation），就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，用SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值,這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，(或底點(diǎn))位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期(即采樣周期)內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。 低次諧波消去法低次諧波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次諧波為目的的方法。 梯形波與三角波比較法前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的，從而忽視了直流電壓的利用率，如SPWM法,%。所以輸出波形中含有5次，7次等低次諧波。圖 單極性SPWM 雙極性法 調(diào)制波和載波：調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于kf，振幅決定于ku,中曲線①，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與ku=1時(shí)正弦波的振幅值相等?！?2)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過負(fù)載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。四、基于FPGA的SPWM控制器實(shí)現(xiàn)方案，通過控制相位累加器和輸入頻率來(lái)控制。綜上，本設(shè)計(jì)采用FPGA，通過雙極性的三角波，正弦波比較法來(lái)設(shè)計(jì)SPWM發(fā)生器。從而減小電路的復(fù)雜性。容易造成波形的不連續(xù)。分頻后頻率分頻器RTL原理圖如圖 圖 可調(diào)分頻器原理圖分頻器RTL仿真如圖圖 分頻器RTL仿真,16,8時(shí)的時(shí)序圖。時(shí)鐘發(fā)生器由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，比較器和觸發(fā)器組成，觸發(fā)器可以同步兩時(shí)鐘的相位?？梢酝疆a(chǎn)生三角波LUT和正弦波LUT的地址。詳細(xì)程序見附錄。詳細(xì)程序見附錄。 LUTL兩種波形LUT實(shí)際由ROM組成，ROM根據(jù)輸入的地址輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可完成查表操作。當(dāng)正弦波輸入大于三角波輸入，輸出1，其余輸出0,。比較器有兩個(gè)輸入，一個(gè)輸出，和時(shí)鐘輸入。頂層設(shè)計(jì)如圖 圖 頂層設(shè)計(jì)頂層的RTL仿真如圖 圖 頂層RTL仿真 圖中fre_word為00000011，pha_word為00000000。RTL仿真部分采用的是MentorGrath的ModelSim。所以下一章將進(jìn)行硬件仿真。FPGA采用的是Alterat公司的Cyclone II 系列的EP2C5T144?？梢栽O(shè)置好時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)后將內(nèi)部信號(hào)通過JTAG上傳給電腦顯示出來(lái)。圖 為正弦波信號(hào)。兩者上部分均為內(nèi)部的SPWM信號(hào)。同時(shí)由于器件限制，也未能獲得完整的正弦信號(hào)。在分頻環(huán)節(jié)，采用了前級(jí)分頻的方法，而不是通過調(diào)節(jié)相位累加器，這樣能盡可能保證比較數(shù)據(jù)的數(shù)量。能夠獲得較好SPWM信號(hào)。從原理上，如果要獲得平滑的正弦信號(hào)，必然需要增加LUT里的值，這樣一來(lái)，就會(huì)降低輸出頻率，同時(shí)由于調(diào)頻采用的是分頻器原理，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的頻率。最后，進(jìn)過此次設(shè)計(jì)，可以看出還有很多可以改進(jìn)的地方。參考文獻(xiàn)1 ，2012：12002 ，2010:56893 ，2006：1404 Mentor Graph User Guid，2010:1001095 Altera，Quartus II user manual，2013:4555006 TI Company，MSP430x1xx user guid,2010:56797 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出本社，2010:4665008 譚浩強(qiáng)，C程序設(shè)計(jì)，清華出版社，2012:1021209 佚名，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與VHDL，電子工業(yè)出版社，2010：10—2010 文良化，計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，宜賓學(xué)院課程，2014:致謝 在此次設(shè)計(jì)過程，有很多人給予了我力所能及的幫助。其次是設(shè)計(jì)中通力合作的室友，有吳慶文，侯杰等。 附錄可調(diào)分頻器VHDL代碼library ieee。entity fre_adj isport( fre_word:in std_logic_vector(7 downto 0)。 rst: in
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