[发明专利]三相PWM波FPGA产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及PWM脉宽调制技术，具体地，涉及一种三相PWM波FPGA产生模块，适用于电力电子领域中电力变换器控制中的应用。

背景技术

PWM脉宽调制技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效获得所需要的波形（含形状和幅值）。PWM技术广泛应用在测量、通讯、功率变换控制中。由专用芯片等模拟电路搭建实现的PWM电路，其实现电路复杂，精度差、可靠性低；数字化PWM实现方法，简单可靠、运算速度快、设计灵活，因而基于DSP或FPGA等处理器的PWM实现方案在实际控制系统中更加具有优势。但是普通的DSP芯片很难实现较高的PWM开关频率，而采用FPGA的实现模块也并不具备统一功能的设计，若要在原来设计的基础上实现系统所要求的功能，还需要添加附加功能模块，其设计并不够灵活、通用。

经检索，公开号为102315842A的中国发明专利，该发明公开一种单极正弦脉冲宽度调制方法和单极SPWM电路，通过将两路幅值相同相位相反的正弦波信号分别与三角波比较得到PWM信号，同时将PWM信号比较器和过零比较功能组合，共用一个比较器，因此不再需要精密整流电路，而且在一个桥臂即有高频信号也有低频信号从而取消了多路开关。通过本发明，利用简洁的逻辑实现了单极SPWM调制，消除了常规单极SPWM调制所需的复杂的逻辑判断，增加了可靠性。

上述发明提出了一种简洁、可靠的SPWM调制模拟电路实现方法，但是该实现方法精度差、控制实现不够灵活。

公开号为101383563A的中国发明专利，该发明公开了一种基于FPGA的SPWM控制器，控制器实时通过地址映射，从FPGA内部存储器中的正弦值查找表读出设定的正弦值，与数字三角波产生单元生成的数字三角波在双极性两相数字调制单元进行比较，根据比较结果确定逆变器开关的时刻以获得A相正极输出；单相极性延迟单元对比较结果作180°延迟以获得A相负极输出；三相相位延迟单元根据上述正、负极输出作120°延迟以获得B相正、负极输出，同时作240°延迟以获得C相正、负极输出；得到的三相正、负极信号进入开关器件死区延迟单元处理后送到FPGA的I/O口输出。本发明的控制器成本较低，集成度较高，系统结构简单，可靠性好；运算速度较快；可方便地调试、改进和增加新功能。

但是该发明技术方案实现的PWM控制器扩展功能差，仅适用于开环SPWM调制的应用场合，不具有通用性。而且对于那些具有大功率多模块并联系统的使用场合，由于模块之间参数和控制信号的不一致性，就有可能导致系统中会出现环流和不均流的现象，该发明技术也并未进行模块间同步信号的处理和考虑。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种三相PWM波FPGA产生装置，功能较完善，控制精度高，稳定性强，易于系统的移植，能够在电力电子变换器中得到可靠、方便应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种三相PWM波FPGA产生装置，FPGA功能结构包括：

一模式配置单元，该单元通过向专门的配置寄存器写入配置参数，来实现PWM波的输出特性的配置；比较寄存器值的赋值方式分为载波零点、顶点和即时赋值三种；脉冲输出极性为高电平输出或低电平输出；根据模式配置单元选择的载波发生器模式，进入三角载波发生器；

一三角载波发生器，该发生器根据模式配置单元选择的载波发生器模式，产生相应的三角波、上升锯齿波、下降锯齿波三种波式；

一比较器单元，该单元分为A、B、C三相，该单元比较值为外部输入的三相占空比，该值与三角载波发生器里的实时计数值比较用于产生6路PWM脉冲；

一死区补偿单元，该单元根据系统需要补偿的死区时间，在原比较值的基础上分别加减该值，形成两个新的比较值分别为比较值1和比较值2，它们的差值为两倍死区值，然后再分别与三角载波发生器里的实时计数值进行比较；一输出控制逻辑单元，该单元在载波的零点、顶点输出中断信号和同步信号，其中同步信号用于多个装置并联时各PWM脉冲之间的同步一致性。同时根据控制命令信息确定是否需要对a、b、c三相PWM脉冲进行下降沿延时处理，若需要处理则需要在小于死区时间内，根据控制命令信息包数据对输出脉冲的下降沿进行延时处理，对应于所控制的开关管做延时关断控制，从而实现并联模块的不均流控制。