基于FPGA的自治型SPWM波形发生器的设计
正弦脉宽调制（SPWM）技术在以电压源逆变电路为核心的电力电子装置中有着广泛的应用,如何产生SPWM脉冲序列及其实现手段是PWM技术的关键。利用模拟比较法,对三角载波与正弦调制波进行比较,即可产生SPWM脉冲;利用数字算法和定时逻辑,也可产生SPWM脉冲［5］。目前已有多种微处理器芯片（如80C196MC、TMS320F240等）本身集成有数字化PWM发生电路［3］。模拟方法简单直观,但与数字控制器接口不便,难以满足复杂要求;数字方法结构灵活,尤其是微处理器内置了PWM发生器的,使用更加方便。通常状况下,微处理器通过定时中断服务程序产生SPWM脉冲,在每个载波周期必须进行中断处理,对处理速度要求较高,从而也限制了载波频率进一步的提高,同时微处理器的处理任务也更加繁重。文献［1］指出,微处理器中不确定的中断响应会导致PWM脉冲的相位抖动。
FPGA以其可靠性高、功耗低、保密性强等特点,在电子产品设计中得到广泛的应用。文献［1］～［5］也论述了FPGA或CPLD在PWM脉冲产生时刻的计算仍由微处理器来完成,实际上微处理器的任务仍然繁重。作者针对静止补偿器（STATCOM）对SPWM脉冲发生器的特定要求,采用Altera公司的FLEX10K10芯片开发了一种专用SPWM波形发生器,微处理器只需在必要时改变逆变器PWM调制深度 即可,其余工作全由FPGA完成,从而大大减轻了CPU的负担。
SPWM发生原理
针对静止补偿器的电路结构,要求SPWM发生器可以发出三相六路PWM脉冲信号,脉冲宽度应根据微处理器输出的调制深度来调节。SPWM脉冲产生方法采用三角载波与正弦调制波比较的传统方法,但是三角载波、正弦调制波和比较逻辑等均采用基于FPGA的数字化方法来实现。该SPWM发生器的内部逻辑结构。总线接口逻辑单元首先接收来自微处理器的调制深度信号并锁存,正弦调制波产生电路在同步信号作用下从正弦函数表读取标准正弦信号幅值,与调制深度 相乘,得出正弦调制信号幅值。三角载波发生电路在同步信号作用下,通过可逆计数器,发出三角载波幅值。正弦调制波幅值与三角载波幅值进行比较,就可以产生出SPWM脉冲信号。
