【正文】 死區(qū)計(jì)數(shù)器實(shí)體的 VHDL 硬件描述語言： library ieee； 。 5）死區(qū)發(fā)生器模塊： 死區(qū)發(fā)生器由死區(qū)計(jì)數(shù)器和一些 組合邏輯組成，以 A 相為例，將緩沖寄存器與基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的數(shù)值比較結(jié)果 P1a（上橋臂）和 P2a（下橋臂）送至死區(qū)發(fā)生器，經(jīng)死區(qū)處理后輸出 A 相上下橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào) a1 和 a2。 y1, y2, y3 :out std_logic。 clk :in std_logic。 use ieee .。 library ieee； use ieee .。本設(shè)計(jì)中，進(jìn)入比較器的數(shù)據(jù)都是 10位，故需設(shè)計(jì) 10 位比較器。 4）比較器模塊 在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，通常比較器是依據(jù)兩組二進(jìn)制數(shù)碼的數(shù)值大小來作比較，即 ab, a=b, ab,這三種情況僅有一種其值為真。 dout=y。 else y=``ZZZZZZZZZZ``。 3）緩沖寄存器模塊： 緩沖寄存器采用 VHDL 的組合進(jìn)程結(jié)構(gòu)，以保證三相的同步執(zhí)行，這種結(jié)構(gòu)要求讀入進(jìn)程的信號(hào) sm 和三相正弦數(shù)據(jù)輸入值dsina（以 A 相為例）必須放在決定進(jìn)程是否執(zhí)行的敏感信號(hào)表中，只有這些敏感信號(hào)被激活時(shí)，緩沖寄存器的輸出才被賦值，以下是它的進(jìn)程描述。 dout=q_temp。 end if。 process (ret, en, clk) begin if ret =`1` then q_temp=``0000000000``。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 2）三相正弦數(shù)據(jù)寄存器模塊： 三相正弦數(shù)據(jù)寄存器主要用來寄存正弦數(shù)據(jù)的值，在本設(shè)計(jì)中，寄存器為 10 位，其管腳描述如下： clk 為時(shí)鐘信號(hào)， ret為輸出清零信號(hào)， en 為使能控制端， din、 dout 為數(shù)據(jù)輸入、輸出端。 q :out std_logic vector(9 downto 0)。 sm :out std_logic。 use ieee .。 library ieee； use ieee .。芯片采用 24KHZ 的載波頻率。輸入 16MHZ的晶振時(shí)鐘計(jì)數(shù)產(chǎn)生三角波，計(jì)數(shù)從 0～ P，再從 P 返回到 0。這樣有助于對實(shí)現(xiàn)前后的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，因?yàn)楠?dú)立的定義可以清除因被總線化后在使用不同的綜合工具進(jìn)行綜合、布局布線、和模擬工作時(shí)出現(xiàn)的不良配合問題。 CPLD 系統(tǒng)內(nèi)部單元設(shè)計(jì) 可編程邏輯器件 CPLD 采用 VHDL 硬件描述語言進(jìn)行描述，形成模塊化的軟件設(shè)計(jì)。當(dāng) VVDD 5? 時(shí)，在 VVVI ?? 的范圍內(nèi)非線性誤差小于 %；而當(dāng) VVDD 10? 時(shí)，在 VVVI ?? 的范圍內(nèi)非線性誤差小于 %。 圖 18 PI 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖 2．壓控振蕩器的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，壓控振蕩器是利用集成鎖相環(huán) CC4046 外圍電路構(gòu)成的，其電氣原理結(jié)構(gòu)如下圖所示 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 圖 19 壓控振蕩器結(jié)構(gòu)圖 圖 中， 1extR 的取值通常在 ?? MK 1~10 之間。 圖 17 封鎖信號(hào)到 來時(shí)的三相六路波形 其他單元電路設(shè)計(jì) 1．調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，調(diào)節(jié)器采用比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器，其電氣原理圖如下所示。三相死區(qū)時(shí)間一致，并隨輸入 dead_time 而改變。如若將調(diào)制頻率改變，波形周期會(huì)相應(yīng)變化。該波形的周期為20ms。三相波形在相位上互差 120176。這種仿真不但提供了邏輯輸出的驗(yàn)證，而且提供了時(shí)序的驗(yàn)證，包括芯片內(nèi)部的各點(diǎn)之間延時(shí)，以及竟?fàn)幟半U(xiǎn)現(xiàn)象的呈現(xiàn)。 圖 14 三相分時(shí)運(yùn)算電路功能演示 系統(tǒng)邏輯與時(shí)序功能驗(yàn)證 利用 Maxplus II 的波形仿真功能得到的芯片輸入輸出圖。 由此可見，如果不采用這種分時(shí)電路，那么三相的運(yùn)算將會(huì)用到三個(gè) BOX1，交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 而 BOX1 包括了乘法器、正弦表格、死區(qū)計(jì)算等。 由上面分析可知道：該分式復(fù)用電路對圖 20 中的 BOX1 電路進(jìn)行了復(fù)用，三路并列輸出的數(shù)據(jù)通過分時(shí)選擇，被分成按順序排列的一路數(shù)據(jù)送到 BOX1，經(jīng)過一系列運(yùn)算得出一路按順序排列的數(shù)據(jù)，該路數(shù)據(jù)其實(shí)包含了三相的信息。分別是 C相 B 相和 A相的數(shù)據(jù)。 圖 14 中 CLKA、 CLKB、 CLKC 為輸入的分時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，在每個(gè)三角波計(jì)數(shù)峰值處產(chǎn)生。 圖 13 三相數(shù)據(jù)分離 ABC 三點(diǎn)為由 BOX2 分離后的數(shù)據(jù)，鎖存一個(gè)載波周期，送至后面的 PWM 發(fā)生器。其中 retb這個(gè) box中的輸入 M[1..0]為判據(jù)，來確定 D[8..0]是否可以通過，如上所述 count0_2 為以 3 為模的計(jì)數(shù)器。并列輸入的三相數(shù)交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 據(jù) 1 51 266 經(jīng)過該電路變成時(shí)間上承接的數(shù)據(jù) result[9..0],這樣送入的三相數(shù)據(jù)就實(shí)現(xiàn)了合成。 圖 11 三相數(shù)據(jù)合并電路 時(shí)鐘 CLK 在每個(gè)運(yùn)算周期產(chǎn)生 3次 上升沿。在每一個(gè)載波周期，三角波發(fā)生到波峰時(shí)計(jì)算并輸出。原理如圖 10所示。達(dá)到只占用一個(gè)正弦表格，并且只耗用一個(gè)計(jì)算電路的效果。本文提出了一種實(shí)現(xiàn)三相分時(shí)的思路。的三角函數(shù)表，輸出的 SP WM 波形脈沖的脈寬數(shù)據(jù)通過即時(shí)運(yùn)算電路得到，一種是建立一個(gè)三角函數(shù)表，輸出的 SP WM波形脈沖的脈寬數(shù)據(jù)通過分時(shí)運(yùn)算電路得到，運(yùn)算時(shí)間對輸出波形不會(huì)有什么影響，內(nèi)部的 ROM 空間要求也很小。 三相分時(shí)電路的應(yīng)用 在該芯片中采用了查三角函數(shù)表取所需的三角函數(shù)值方法。 （ 4）、控制芯片設(shè)置了一種保護(hù)電路，是過流保護(hù)，檢測目標(biāo)是三相逆變橋的公共地線上的電流，防止電路中有短路或負(fù)載過重時(shí)所產(chǎn)生的大電流，當(dāng)控制芯片過流信號(hào)保護(hù)管腳為高電平時(shí)，封鎖三相六路波形輸出，將六路信號(hào)強(qiáng)制為零。） =Tdead D180。） D 與三角波比較，得到不加死區(qū)的脈沖寬度。） D=neutralD1 （ 750＜ circle≤ 1500 180176。令 Dsin = Sin(m step),即查正弦表格的得到的值，γ取最大值 255， Dsin 取最大值 166 時(shí)，有以下關(guān)系： γmax Dsin(max) / 255 = 166 = ural 采用乘法器舍去低 8 位實(shí)現(xiàn)。 。當(dāng) circle= 1500176。 共 750 個(gè)數(shù)據(jù)，其峰值設(shè)為 166。當(dāng) D=neutral 時(shí)，輸出 SPWM 波形的占空比為 ，所以稱 neutral 為相中心點(diǎn)。此處 p 為三角波計(jì)數(shù)峰值（該處用 332）。 CPLD 數(shù)字系統(tǒng)工作原理及控制策略 （ 1）三角波的產(chǎn)生及 SPWM 的實(shí)現(xiàn) 運(yùn)算所得的數(shù)據(jù)生成 PWM 波形信號(hào)的電路示意圖如圖 9 所示 圖 9 中心對稱方式 SPWM 信號(hào)產(chǎn)生方式 芯片輸出的三相六路 SPWM 波形的產(chǎn)生是通過 SPWM 調(diào)制方法，芯片內(nèi)部采納了類似 Intel 公司微控制器 SX196MC／ MH 的 PWM 波形發(fā)生的中心調(diào)制模式。過壓信號(hào)和過流信號(hào)輸入腳交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 為高電平時(shí)，封鎖三相六路 P WM 輸出信號(hào)。復(fù)位腳 低電平有效，當(dāng)輸入為低時(shí)，六路 PWM 輸出為低電平，所有的內(nèi)部計(jì)數(shù)器置零，瞬時(shí)基波頻率置零。 可得脈寬時(shí)間： t 2a =T/2[1+MSin(w1 te )] t 2b =T/2[1+MSin(w1 te 120)] t 2c =T/2[1+MSin(w1 te +120)] 而間隙時(shí)間： t1a =t 3a =(Tta )/2 t1b =t 3b =(Ttb )/2 t1c =t 3c =(Ttc )/2 CPLD功能實(shí)現(xiàn)及 VHDL 程序設(shè)計(jì) 1． CPLD 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及工作特點(diǎn) 圖 8 設(shè)計(jì)的 CPLD 內(nèi)部框圖 應(yīng)用 MAXPLUSII 軟件設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能與原理框圖如圖 8 所示。它作為交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心部分，在影響整個(gè)系統(tǒng)的性能方面占有極其重要的地位，它主要是向變頻主電路提供各種控制信號(hào)，以使主電路安全、可靠的工作。 本章小結(jié) 本章首先介紹了主電路的基本結(jié)構(gòu)，對主電路中的整流電路、濾波電路、逆變電路以及能耗制動(dòng)電路的工作 原理進(jìn)行了分析；然后，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)要求，對主電路中元器件參數(shù)進(jìn)行了分析、計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇了元器件。 2. IGBT 的耐壓值 CESU IGBT 關(guān)斷時(shí)的峰值電 壓為 : VdtL d iUU dcC E S P )()( ????????? ? （ 3— 21） 式中， 為過壓保護(hù)系數(shù)， ? 為安全系數(shù)，一般取 ， 150 由 dtLdi 引起的尖峰電壓。 1. IGBT 集電極電流 cI 計(jì)算公式為 ? ? ? ? NmC III ~~ ?? m? (3― 20) 式中， m? —— 電機(jī)過載倍數(shù)，一般小于 。但它熱時(shí)間常數(shù)小，承受過載能力差；因此，在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)，應(yīng)從負(fù)載最嚴(yán)重的情形來選擇功率器件。 3. 進(jìn)線電抗 Li 的電感量 iL iL 按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 ? ?mHUIfUL Ki %2 212 ?? ? (3― 19) 式中， %KU —— 與變頻器容量相當(dāng)?shù)恼髯儔浩鞯亩搪繁龋?100 KVA 以下的一般取 %KU 為 5，將 VU 2202 ? ， AI 352 ? ， HZf 501 ? 代入上式得 ? ?mHUIfUL Ki %2 212 ?? ? 220 ????? ? 故實(shí)選進(jìn)線電感量 220 F? ，額定電流為 30A(交流 )或飽和電流為 50A(飽和電流考慮了 倍在要求 )。 交流電源側(cè)保護(hù)元件參數(shù)選擇 1. 交流側(cè)過流保護(hù)快速熔斷器 1FF 1FF 熔體的額定電流為 211 IKI FFF ? (3― 18) 其中， 1FK 是與負(fù)載的過載倍數(shù)以及整流模塊的安全裕量有關(guān)的系數(shù)，考慮到?? ， ?m? ，取 1FK =，所以有 211 IKI FFF ? = ?? ，故實(shí)選熔斷 器額定電流為 30A。 直流回路短路過電流保護(hù) 1) 輸出直流電壓 VUU ldc ?????? ? (3― 13) 式中， ? 為安全系數(shù)，一般取 ； 為波動(dòng)系數(shù)。 假若要求充電時(shí)間 stc 30? ，那么 ?????? ? KctR cs 004 304 6 (3― 11) 故 sR 上消耗的功率為： WRURUP LDCR )(8 5252 ??? (3― 12) 實(shí)際上，假若不是經(jīng)常性的沖放電時(shí)， sR 的瓦數(shù)可選小一些 ，以減小設(shè)備的體積。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 電容器的均壓電阻取 WK 2/100 ? 。 2. 元件選取 根據(jù)上式確定的電壓、電流定額，選擇二極管模塊 MOD MOD2, 型號(hào)為： 6RI30G120，即（ 60A,1200V）。 整流二極管模塊選擇 1．參數(shù)計(jì)算 1)通過二極管的峰值電流 AII Nm ???? (3― 4) 2)流過二極管電流有效值 ? ?mmD ItdII 313 6 01 01200 20 ?? ? ? (3― 5) 式中， mI 為電機(jī)最大負(fù)載電流峰值，其值一般取為 ? ?6~5 NI 。 系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì)與選擇 由圖 4 可知，主電