三相SPWM波形發(fā)生器的設計與仿真

　　本文設置正弦波a、b、c的輸出頻率fout為工頻信號頻率50Hz，令時(shí)鐘信號fclk為10kHz，頻率控制字M由以下公式計算。

(1)

　　公式轉換得：

(2)

　　此將數據代入公式(2)，可計算出頻率控制字M等于327.68，取整數等于328。

　　三路正弦波的初始相位設置由相位控制字設置模塊完成，該模塊主要完成將地址累加器的輸出地址分別加上三個(gè)相位控制字再輸出到正弦ROM。設相位控制字為P，對應初相為O，則計算公式如下：

          (3)

　　因此，根據已知三相正弦波初相O分別為0o、120o、240o，代入公式(3)，可求得對應的相位控制字取整數后分別為0、85、171。

3 三角波發(fā)生器模塊

　　三角波發(fā)生器模塊的設計通常有兩種方法完成：(1)采用計數器方法，利用VHDL語(yǔ)言設計一個(gè)向上向下計數器，從0開(kāi)始計數，當計數到256后再向下計數，當計數為0時(shí)，再重復以上過(guò)程。將計數器的數據輸出就得到三角波數據輸出，這種方法得到的三角波頻率由計數器時(shí)鐘決定。(2)采用DDS原理方法，具體的實(shí)現與正弦波發(fā)生器實(shí)現的原理一樣，區別在于將正弦波原理框圖中ROM的正弦波數據換成三角波數據。三角波頻率的選擇可以根據實(shí)際電路設計需要來(lái)確定，本設計中設置了三角波輸出頻率為3KHz，三角波頻率越大，對正弦波的采樣率越高，使輸出的SPWM波形經(jīng)過(guò)LC濾波還原為正弦波時(shí)諧波越小。

4 數據比較器模塊

　　數據比較器模塊主要完成將正弦波數據與三角波數據進(jìn)行比較，輸出SPWM波形。數據比較器的位寬為8位。

5 死區時(shí)間控制模塊

　　為了防止后級H橋上下開(kāi)關(guān)功率管同時(shí)閉合而造成功率管或者其它器件損壞^[4] ，需要在SPWM與反向NSPWM的輸出端加一個(gè)死區時(shí)間控制器，提高了后級電路的可靠性。

　　死區時(shí)間控制器的設計思想是當SPWM信號由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，NSPWM不是立刻由低變高，而是延時(shí)一段時(shí)間后再變?yōu)楦唠娖?。同理，SPWM信號由低變高時(shí)SPWM信號的輸出也不能立刻輸出，而是先讓NSPWM由高變低，延時(shí)一小段時(shí)間后再讓SPWM變?yōu)楦唠娖?。這一小段延時(shí)時(shí)間稱(chēng)為死區時(shí)間。死區時(shí)間的長(cháng)短應根據開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度來(lái)選擇。本設計中設置死區時(shí)間為1uS。死區時(shí)間控制器模塊在Quartus II 9.1環(huán)境的仿真如圖4所示，其中a為輸入的方波信號，b、c為輸出反向帶死區時(shí)間的控制信號輸出。

6 測試

　　本設計使用了臺灣友晶公司生產(chǎn)的FPGA實(shí)驗板(型號為DE2-70)進(jìn)行驗證。實(shí)驗表明該方法能夠很方便地產(chǎn)生三相SPWM波形，并且載波與調制波信號均可任意調節。圖5上部分為示波器測試其中1路的SPWM與NSPWM信號的示波器波形，下部分為示波器測量SPWM與NSPWM信號死區時(shí)間為1uS時(shí)的信號。

7 結束語(yǔ)

　　設計了一種基于數字系統的三相SPWM波形發(fā)生器的方法。結合DDS技術(shù)原理與VHDL語(yǔ)言可對SPWM的載波頻率、調制波頻率進(jìn)行調節。并且設計了死區時(shí)間控制器，利用FPGA設計了死區時(shí)間可精確調節的SPWM信號發(fā)生器，解決了傳統器件在設計SPWM信號發(fā)生器時(shí)對死區時(shí)間控制不精確、不穩定等問(wèn)題，本設計在Quartus II 9.1環(huán)境進(jìn)行了仿真，并最終下載到DE2-70實(shí)驗平臺進(jìn)行了實(shí)驗測試驗證了該方法的可行性，并且該信號發(fā)生器輸出SPWM波形穩定，可根據后級選用的開(kāi)關(guān)管參數來(lái)精確調節輸出信號的死區時(shí)間，可降低開(kāi)關(guān)管的損耗。

參考文獻:

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