基于FPGA的SPWM波形发生器.doc

仿真报告

摘要

正弦波逆变电源广泛应用于电力、邮电、通信、航天等各个领域，而且随着微机技术的不断发展和普及，正弦波逆变电源的应用将越来越广。SPWM逆变控制器是正弦波逆变电源的核心中枢，它利用SPWM技术对正弦波逆变电源的频率和幅值进行控制调节。

本文提出了一种基于FPGA器件的SPWM逆变控制器的设计方法，利用Altera公司的EDA工具QuartusⅡ软件，采用自顶向下的方法对该控制器进行了详细设计。整个SPWM逆变控制器运用模块化结构设计，各模块易于移植，整个控制系统便于功能扩展和升级。

关键词：FPGA；SPWM；功能时序仿真；直接数字频率合成

Nowadays,DC-ACinverterswithSinusoidPulseWidthModulation(SPWM)techniquesarewidelyusedinelectricpower,postal,telecommunications,aerospaceandotherfields.TheSPWMcontrollers,whichregulatethevoltageandfrequencybyadjustingtheSPWMsignals,arethecoreoftheinverters.Theperformanceofthecontroller,directlydeterminestheperformanceoftheinverter.

AdesignmethodofFPGA-basedSPWMinvertercontrollerisproposedinthisthesis.DetaileddesignofthiscontrolleriscarriedoutonAlteraQuartusⅡsoftware,with

thetop-to-downapproach.TheSPWMinvertercontrolleriscomprisedofsevenfunctionalmodules,whichareeasytotransplantandupgrade.Thereforethewholecontrolsystemcanbeupgradedeasily.AftertheRTLleveldesigniscompleted,simulationismadeoneverymodule

Keywords:FieldProgrammableGateArrays;SinusoidPulseWidthModulation;FunctionandTimingSimulation;DirectDigitalFrenqencySynthsis

引言

新型电力电子器件和高性能微处理器的出现和发展,使得PWM技术已成为电力电子技术中非常重要的组成部分,多种方法可以产生SPWM脉宽调制波。常用的实现方法一种是模拟比较法,即利用模拟电路对三角载波与正弦调制波进行比较,产生SPWM脉冲;另一种常用方法是利用具有的PWM发生电路的专用微处理器芯片(如80C196MC、TMS320F240等)产生PWM调制波。在这两种方法中,模拟比较法特点是:电路设计复杂,与数字系统连接困难,在使用微处理器时,会导致处理器的机时增加,对微处理器芯片要求高。

近几年来PLD器件不断换代更新,结合数字频率合成技术DDS,产生一种新的SPWM形成方法,推动了变频技术发展。DDS技术是一种直接数字合成方法,不需要震荡和锁相环节,直接将波形函数进行数字离散化,以时间为地址,幅度为量化数据,依次存入波形存储器,使连续的数据流通过数模转换器产生需要的波形。DDS使用基准时钟和相位累加技术控制存储器地址的变化,从而达到控制输出波形的相位,频率,幅度的变化。以往的DDS大多使用专用芯片,然而在某些场合,专用DDS芯片在控制方式、调节频率等方面与系统的要求差距很大,需要一种更加灵活的控制方式来达到这种要求。FPGA(现场可编程门阵列)以其可靠性高、功耗低、保密性强、灵活的程序设计等特点,在电子产品设计中得到广泛的应用。

1SPWM原理

SPWM用输出的正弦信号作为调制波,用高频三角波作为载波,控制逆变器的一个桥臂的上、下两个开关管导通与关断。如果在半个正弦周期内,只有上(下)桥臂的开关管反复通断,下(上)