[發(fā)明專(zhuān)利]三相PWM波FPGA產(chǎn)生裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210362376.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102904419A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓剛;張建文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M1/00
• 分類(lèi)號(hào): H02M1/00;H02M1/08;H02M1/38
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，具體地，涉及一種三相PWM波FPGA產(chǎn)生模塊，適用于電力電子領(lǐng)域中電力變換器控制中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。PWM技術(shù)廣泛應(yīng)用在測(cè)量、通訊、功率變換控制中。由專(zhuān)用芯片等模擬電路搭建實(shí)現(xiàn)的PWM電路，其實(shí)現(xiàn)電路復(fù)雜，精度差、可靠性低；數(shù)字化PWM實(shí)現(xiàn)方法，簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)算速度快、設(shè)計(jì)靈活，因而基于DSP或FPGA等處理器的PWM實(shí)現(xiàn)方案在實(shí)際控制系統(tǒng)中更加具有優(yōu)勢(shì)。但是普通的DSP芯片很難實(shí)現(xiàn)較高的PWM開(kāi)關(guān)頻率，而采用FPGA的實(shí)現(xiàn)模塊也并不具備統(tǒng)一功能的設(shè)計(jì)，若要在原來(lái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能，還需要添加附加功能模塊，其設(shè)計(jì)并不夠靈活、通用。

經(jīng)檢索，公開(kāi)號(hào)為102315842A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，該發(fā)明公開(kāi)一種單極正弦脈沖寬度調(diào)制方法和單極SPWM電路，通過(guò)將兩路幅值相同相位相反的正弦波信號(hào)分別與三角波比較得到PWM信號(hào)，同時(shí)將PWM信號(hào)比較器和過(guò)零比較功能組合，共用一個(gè)比較器，因此不再需要精密整流電路，而且在一個(gè)橋臂即有高頻信號(hào)也有低頻信號(hào)從而取消了多路開(kāi)關(guān)。通過(guò)本發(fā)明，利用簡(jiǎn)潔的邏輯實(shí)現(xiàn)了單極SPWM調(diào)制，消除了常規(guī)單極SPWM調(diào)制所需的復(fù)雜的邏輯判斷，增加了可靠性。

上述發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)潔、可靠的SPWM調(diào)制模擬電路實(shí)現(xiàn)方法，但是該實(shí)現(xiàn)方法精度差、控制實(shí)現(xiàn)不夠靈活。

公開(kāi)號(hào)為101383563A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，該發(fā)明公開(kāi)了一種基于FPGA的SPWM控制器，控制器實(shí)時(shí)通過(guò)地址映射，從FPGA內(nèi)部存儲(chǔ)器中的正弦值查找表讀出設(shè)定的正弦值，與數(shù)字三角波產(chǎn)生單元生成的數(shù)字三角波在雙極性?xún)上鄶?shù)字調(diào)制單元進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定逆變器開(kāi)關(guān)的時(shí)刻以獲得A相正極輸出；單相極性延遲單元對(duì)比較結(jié)果作180°延遲以獲得A相負(fù)極輸出；三相相位延遲單元根據(jù)上述正、負(fù)極輸出作120°延遲以獲得B相正、負(fù)極輸出，同時(shí)作240°延遲以獲得C相正、負(fù)極輸出；得到的三相正、負(fù)極信號(hào)進(jìn)入開(kāi)關(guān)器件死區(qū)延遲單元處理后送到FPGA的I/O口輸出。本發(fā)明的控制器成本較低，集成度較高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好；運(yùn)算速度較快；可方便地調(diào)試、改進(jìn)和增加新功能。

但是該發(fā)明技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的PWM控制器擴(kuò)展功能差，僅適用于開(kāi)環(huán)SPWM調(diào)制的應(yīng)用場(chǎng)合，不具有通用性。而且對(duì)于那些具有大功率多模塊并聯(lián)系統(tǒng)的使用場(chǎng)合，由于模塊之間參數(shù)和控制信號(hào)的不一致性，就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)環(huán)流和不均流的現(xiàn)象，該發(fā)明技術(shù)也并未進(jìn)行模塊間同步信號(hào)的處理和考慮。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種三相PWM波FPGA產(chǎn)生裝置，功能較完善，控制精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，易于系統(tǒng)的移植，能夠在電力電子變換器中得到可靠、方便應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種三相PWM波FPGA產(chǎn)生裝置，F(xiàn)PGA功能結(jié)構(gòu)包括：

一模式配置單元，該單元通過(guò)向?qū)ｉT(mén)的配置寄存器寫(xiě)入配置參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM波的輸出特性的配置；比較寄存器值的賦值方式分為載波零點(diǎn)、頂點(diǎn)和即時(shí)賦值三種；脈沖輸出極性為高電平輸出或低電平輸出；根據(jù)模式配置單元選擇的載波發(fā)生器模式，進(jìn)入三角載波發(fā)生器；

一三角載波發(fā)生器，該發(fā)生器根據(jù)模式配置單元選擇的載波發(fā)生器模式，產(chǎn)生相應(yīng)的三角波、上升鋸齒波、下降鋸齒波三種波式；

一比較器單元，該單元分為A、B、C三相，該單元比較值為外部輸入的三相占空比，該值與三角載波發(fā)生器里的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)值比較用于產(chǎn)生6路PWM脈沖；

一死區(qū)補(bǔ)償單元，該單元根據(jù)系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)乃绤^(qū)時(shí)間，在原比較值的基礎(chǔ)上分別加減該值，形成兩個(gè)新的比較值分別為比較值1和比較值2，它們的差值為兩倍死區(qū)值，然后再分別與三角載波發(fā)生器里的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較；一輸出控制邏輯單元，該單元在載波的零點(diǎn)、頂點(diǎn)輸出中斷信號(hào)和同步信號(hào)，其中同步信號(hào)用于多個(gè)裝置并聯(lián)時(shí)各PWM脈沖之間的同步一致性。同時(shí)根據(jù)控制命令信息確定是否需要對(duì)a、b、c三相PWM脈沖進(jìn)行下降沿延時(shí)處理，若需要處理則需要在小于死區(qū)時(shí)間內(nèi)，根據(jù)控制命令信息包數(shù)據(jù)對(duì)輸出脈沖的下降沿進(jìn)行延時(shí)處理，對(duì)應(yīng)于所控制的開(kāi)關(guān)管做延時(shí)關(guān)斷控制，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)模塊的不均流控制。