三相SPWM波形發(fā)生器的設(shè)計與仿真
本文設(shè)置正弦波a、b、c的輸出頻率fout為工頻信號頻率50Hz,令時鐘信號fclk為10kHz,頻率控制字M由以下公式計算。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/273272.htm(1)
公式轉(zhuǎn)換得:
(2)
此將數(shù)據(jù)代入公式(2),可計算出頻率控制字M等于327.68,取整數(shù)等于328。
三路正弦波的初始相位設(shè)置由相位控制字設(shè)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相位控制字再輸出到正弦ROM。設(shè)相位控制字為P,對應(yīng)初相為O,則計算公式如下:
(3)
因此,根據(jù)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(yīng)的相位控制字取整數(shù)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(shè)計通常有兩種方法完成:(1)采用計數(shù)器方法,利用VHDL語言設(shè)計一個向上向下計數(shù)器,從0開始計數(shù),當(dāng)計數(shù)到256后再向下計數(shù),當(dāng)計數(shù)為0時,再重復(fù)以上過程。將計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸出就得到三角波數(shù)據(jù)輸出,這種方法得到的三角波頻率由計數(shù)器時鐘決定。(2)采用DDS原理方法,具體的實現(xiàn)與正弦波發(fā)生器實現(xiàn)的原理一樣,區(qū)別在于將正弦波原理框圖中ROM的正弦波數(shù)據(jù)換成三角波數(shù)據(jù)。三角波頻率的選擇可以根據(jù)實際電路設(shè)計需要來確定,本設(shè)計中設(shè)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LC濾波還原為正弦波時諧波越小。
4 數(shù)據(jù)比較器模塊
數(shù)據(jù)比較器模塊主要完成將正弦波數(shù)據(jù)與三角波數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,輸出SPWM波形。數(shù)據(jù)比較器的位寬為8位。
5 死區(qū)時間控制模塊
為了防止后級H橋上下開關(guān)功率管同時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的輸出端加一個死區(qū)時間控制器,提高了后級電路的可靠性。
死區(qū)時間控制器的設(shè)計思想是當(dāng)SPWM信號由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r,NSPWM不是立刻由低變高,而是延時一段時間后再變?yōu)楦唠娖?。同理,SPWM信號由低變高時SPWM信號的輸出也不能立刻輸出,而是先讓NSPWM由高變低,延時一小段時間后再讓SPWM變?yōu)楦唠娖?。這一小段延時時間稱為死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短應(yīng)根據(jù)開關(guān)管的開關(guān)速度來選擇。本設(shè)計中設(shè)置死區(qū)時間為1uS。死區(qū)時間控制器模塊在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(qū)時間的控制信號輸出。
6 測試
本設(shè)計使用了臺灣友晶公司生產(chǎn)的FPGA實驗板(型號為DE2-70)進(jìn)行驗證。實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(diào)制波信號均可任意調(diào)節(jié)。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(qū)時間為1uS時的信號。
7 結(jié)束語
設(shè)計了一種基于數(shù)字系統(tǒng)的三相SPWM波形發(fā)生器的方法。結(jié)合DDS技術(shù)原理與VHDL語言可對SPWM的載波頻率、調(diào)制波頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且設(shè)計了死區(qū)時間控制器,利用FPGA設(shè)計了死區(qū)時間可精確調(diào)節(jié)的SPWM信號發(fā)生器,解決了傳統(tǒng)器件在設(shè)計SPWM信號發(fā)生器時對死區(qū)時間控制不精確、不穩(wěn)定等問題,本設(shè)計在Quartus II 9.1環(huán)境進(jìn)行了仿真,并最終下載到DE2-70實驗平臺進(jìn)行了實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(wěn)定,可根據(jù)后級選用的開關(guān)管參數(shù)來精確調(diào)節(jié)輸出信號的死區(qū)時間,可降低開關(guān)管的損耗。
參考文獻(xiàn):
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