基于Nios II處理器的SVPWM IP Core設計

摘要 為降低FPGA實(shí)現3電平SVPWM算法的復雜性，減小SVPWM模塊所占用的資源，文中利用正弦函數和余弦函數的關(guān)系，采用小容量ROM提出了一種新的SVPWM控制算法。利用Verilog HDL實(shí)現了算法的硬件設計，并封裝成IP核以方便設計復用，在A(yíng)ltera公司的DE2開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行了設計驗證，體現了SOPC嵌入式系統的靈活性和擴展性。
關(guān)鍵詞 有源逆變；SVPWM；IP Core；SOPC

電壓空間矢量脈沖寬度調制(SVPWM)具有諧波小、直流電壓利用率高等特點(diǎn)，因而廣泛應用于具有高效、節能特性的有源逆變中。由于SVPWM物理概念清晰、控制算法簡(jiǎn)單、數字化實(shí)現方便。因此通常用微控制器(MCU)或數字信號處理器(DSP)實(shí)現，使用MCU實(shí)現具有較大的靈活性，但速度受到一定限制；使用DSP實(shí)現雖可以提高開(kāi)關(guān)頻率，但兩者都有開(kāi)發(fā)時(shí)間相對較長(cháng)、CPU占用率高的缺點(diǎn)。文中提出了一種基于FPGA的SVPWM硬件實(shí)現方案，文中方案與其他硬件設計方案相比電路結構簡(jiǎn)單、占用FPGA資源少、便于和MCU／DSP接口。由于采用基于FPGA的硬件電路設計，因此大大降低了對MCU／DSP速度的要求，同時(shí)減小了編程工作量。

1 SVPWM基本原理
1．1 參考電壓矢量的合成
三相逆變橋電路如圖1所示，其中6個(gè)開(kāi)關(guān)管受3組互補脈沖控制，總共有8種可能的開(kāi)關(guān)組合，對應于8種基本空間電壓矢量

V7=V8=0 (2)
其中6種是非零基本空間電壓矢量，另外2種是零空間電壓矢量。當逆變器單獨輸出6種基本電壓空間矢量時(shí)，電動(dòng)機定子磁鏈矢量矢端的運動(dòng)軌跡就是一個(gè)正六邊形，如圖2中實(shí)線(xiàn)所示。采用8個(gè)基本電壓矢量實(shí)現目標電壓矢量的合成，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內通過(guò)對基本電壓矢量進(jìn)行組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。具體而言，某區域中的電壓矢量可由組成這個(gè)區域的2個(gè)相鄰的非零矢量及零矢量的不同作用時(shí)間來(lái)合成。矢量的作用時(shí)間可以一次施加，也可以在一個(gè)采樣周期內分多次施加，通過(guò)控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉，如圖2中虛線(xiàn)所示，從而使磁通逼近基準磁鏈圓，產(chǎn)生恒定的電磁轉矩。