[發明專利]一種基于FPGA的變開關頻率脈寬調制實現方法

在審

• 申請號: 201911165738.2
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110880901A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 宋宇庭;張鵬飛;謝華偉;李磊;張成;田曉丹;李小峰
• 申請（專利權）人: 西安翔迅科技有限責任公司
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發明提供了一種基于FPGA的變開關頻率脈寬調制實現方法，該方法根據調制波頻率的不同，從而動態改變開關頻率，實現最優的開關頻率選擇，減小開關損耗，延遲設備使用壽命。該方法的主要實現步驟是：1、FPGA接收DSP發送的調制比、基礎頻率以及頻率正負；2、FPGA對接收的調制比、基礎頻率以及頻率正負進行處理，獲得門極觸發脈沖；3、實時輸出門極觸發脈沖，實現功率開關器件的通斷控制。

技術領域

本發明涉及一種基于FPGA的變開關頻率脈寬調制實現方法。

背景技術

隨著航空、航天、軌道交通等領域科技的不斷進步，脈寬調制技術在自動化過程中越來越產生著至關重要的作用。大多數電機控制系統都是基于DSP+FPGA架構的控制系統，該控制系統以DSP和FPGA為核心處理器件，針對電機控制中的實時控制、高精度等具體問題，規劃在DSP上實現電機控制算法，在FPGA上實現脈寬調制和脈沖輸出功能。基于DSP+FPGA架構的電機控制系統將DSP浮點數處理優勢和FPGA高速數據處理能力以及并行執行功能的優點相結合，很好的滿足電機控制的實時性和高精度要求。

通常情況下，電機在低轉速運行時，需要較高的開關頻率才能保證輸出良好的圓形磁鏈，同時具有較低的諧波含量。而在電機高轉速運行時，不需要非常高的開關頻率就可以實現圓形磁場跟蹤和低諧波含量。

但是，現有的電機運行過程中，無論電機是以低轉速運行還是高轉速運行，都是采用較高的開關頻率實現電機的控制，使得開關損耗比較大。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于FPGA的變開關頻率脈寬調制實現方法，根據調制波頻率的不同，從而動態改變開關頻率，實現最優的開關頻率選擇，減小開關損耗，延遲設備使用壽命。

本發明的基本實現原理是：

在基于DSP+FPGA架構的電機控制系統中，DSP計算得到脈寬調制所需的調制波數據：調制比、基礎頻率、頻率正負等數據，并將這些數據通過總線輸出至FPGA。FPGA根據這些數據生成三相調制波信號和三角載波，通過兩者比較之后，得到控制功率開關器件通斷的門極觸發脈沖信號。

本發明的具體實現方案是：

本發明提供了一種基于FPGA的變開關頻率脈寬調制實現方法，具體包括以下步驟：

步驟1：FPGA接收DSP發送的調制比、基礎頻率以及頻率正負；

步驟2：FPGA對接收的調制比、基礎頻率以及頻率正負進行處理，獲得門極觸發脈沖；

步驟2.1：根據調制比、基礎頻率和頻率正負生成調制波；

步驟2.2：根據基礎頻率和線性化關系，計算載波開關頻率，生成三角載波；所述線性化關系的表達式為：

y＝b-kx；

k＝(b-a)/a；

其中，x為基礎頻率，y為載波開關頻率，k為線性化系數，b為最大有效開關頻率；a為電機最大同步頻率；

步驟2.3：根據對生成的調制波和三角載波進行比較，得到門極觸發脈沖；

步驟3：實時輸出門極觸發脈沖，實現功率開關器件的通斷控制。

進一步地，上述步驟2.2)根據基礎頻率和線性化關系，計算載波開關頻率時，k是通過FPGA調用乘法器，且利用泰勒算法運算得出。

進一步地，通過泰勒算法運算k時，具體計算公式為：

本發明的有益效果是：