FPGA平臺實(shí)現最小開(kāi)關(guān)損耗的SVPWM算法

摘要：詳細分析了SVPWM的原理，介紹一種根據負載的功率因子來(lái)決定電壓空間零矢量的分配與作用時(shí)間的SVPWM算法，使得橋臂開(kāi)關(guān)在通過(guò)其電流最大時(shí)的一段連續時(shí)間內沒(méi)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作。這樣在提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)減小了開(kāi)關(guān)電流，以此得到具有最小開(kāi)關(guān)損耗的SVPWM算法。Si-mulink仿真結果驗證了理論的正確性，ModelSim的仿真結果表明該算法在FPGA平臺上實(shí)現的可行性。
關(guān)鍵詞：逆變器；SVPWM；不連續調制；零矢量；最小開(kāi)關(guān)損耗；FPGA

引言
脈沖調制技術(shù)(PWM)已被廣泛應用于逆變器的設計當中，電壓空間矢量調制技術(shù)(SVPWM)與SPWM相比，直流電壓利用率提高了(15.4％)，且利于數字化實(shí)現。本文介紹了一種基于不連續調制的SVPWM算法，可根據負載功率因子在不同扇區內靈活放置零電壓矢量，與傳統的連續調制SVPWM相比，在增加開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)減小了開(kāi)關(guān)電流。仿真結果也表明這種方法有著(zhù)最小的開(kāi)關(guān)損耗。
現場(chǎng)可編程邏輯陣列FPGA是高集成度和高復雜度的可編程ASIC，具有設計靈活、開(kāi)發(fā)周期短、可靠性高、純硬件并行處理、不占用CPU資源等特點(diǎn)。本文以FPGA硬件平臺來(lái)實(shí)現算法，采用硬件連線(xiàn)實(shí)現軟件算法，實(shí)現真正的并行運算，這樣可降低系統對MCU／DSP的速度要求。此外，基于IP核的模塊化設計使得系統設計靈活，便于升級維護，滿(mǎn)足更高性能的要求。

1 SVPWM原理
圖1為典型的電壓型三相兩電平逆變器的設計，開(kāi)關(guān)一共有8種不同的狀態(tài)，因此逆變器的輸出電壓可以由這8種不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)合成。

定義單個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，三相坐標系經(jīng)Clarke變換為復平面α—β坐標系
模長(cháng)為0稱(chēng)為零電壓矢量，6種開(kāi)關(guān)狀態(tài)如圖2所示，電壓矢量空間被6個(gè)有效電壓矢量分為6個(gè)扇區。