基于FPGA的逆变控制系统的研究
2 SPWM控制器的硬件实现
在Delta变换型UPS的各个组成部分中，最关键的部分是逆变器，对逆变器的控制在很大程度上决定了整个电源的性能。现采用FPGA完成了SPWM控制器的设计，整体框图如图2所示，主要包括：标准正弦信号产生模块、三角波产生模块、SPWM信号产生模块、A／D控制模块及反馈模块等。下面采用VHDL语言对每一个模块进行RTL级代码设计。
2．1 标准正弦信号产生模块
采用DDS技术将一个完整周期的正弦波1 024等分后，把数据存储到ROM中，在每次系统时钟的上升沿到来时，相位累加器(32位)将频率控制字与相位输出值相加，取累加器的高10位作为地址进行ROM查表，调用ROM中的数据即可实现正弦信号。
正弦输出信号的频率f0由系统时钟频率fs与频率控制字K共同决定：
其中频率控制字K通过键盘输入，因此可通过改变频率控制字来改变输出信号的频率，从而得到频率可调的正弦波信号。
该系统需要三个相位彼此相差120°的SPWM脉冲信号。传统设计需要在FPGA内部存储三个正弦函数表，非常浪费芯片的逻辑资源。本文只对A相进行离散化处理，另外两相依据相位差±120°，即取B相时，将A相时刻的地址位加上1／3的周期约341，取C相时，将A相时刻的地址位减去1／3的周期约341即可。
2．2 三角波产生模块
这里通过一个10位的可逆计数器来产生数字化的三角波。可逆计数器对系统时钟不断地进行计数，先执行加法从0计数到1 024，再执行减法从1 024到0，周而复始，生成数字化三角载波。
2．3 反馈模块
为了保证输出电压的稳定，采用电压瞬时值反馈，将逆变器输出的电压瞬时值按一定比例采样处理后，与标准正弦形状的逆变器输出基准电压相减，以得到瞬时的输出电压误差，然后再对此误差进行比例积分调节，并将其作为调制波与三角载波进行比较得到SPWM脉冲。由于跟踪的是瞬时电压的变化，其输出波形畸变较低。
2．4 SPWM信号产生模块
采用双极性自然采样法，将FPGA生成的 3 路正弦波与三角波进行数字量比较。当正弦波数值大于等于三角波数值时，比较器输出高电平；当正弦波数值小于三角波数值时，比较器输出低电平，从而产生6路SPWM波。由于开关器件的开关速率限制，为了防止上下桥臂产生直通现象而损坏开关器件，在产生SPWM波时要设置死区时间。
本模块的设计采用状态机的设计方法，将反馈模块输出的调制波幅值取为sin，三角波计数器的计数值为tri，死区时间控制量为ed，在生成SPWM波的过程中，设置4个状态S0，S1，S2，S3。
(1)S0状态为三角波计数器增计数，且tri=sin，双路输出DH，DL均为0；延时一段时间，进入S1状态；
(2)S1状态为三角波计数器增计数，且tri=sin+ed，DH输出为0，DL输出为1；延时一段时间，进入S2状态；
(3)S2状态为三角波计数器减计数，且tri=sin，双路输出DH，DL均为0；延时一段时间，进入S3状态；
(4)S3状态为三角波计数器减计数，且tri=sin-ed，DH输出为1，DL输出为0；延时一段时间，进入S0状态。
加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号：EEPW
或用微信扫描左侧二维码