基于FPGA多路实时PWM脉冲电路的设计

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1、邵阳学院毕业设计(论文)1前言1.1选题目的及意义脉冲宽度调制（Plusewidthmodulation，简称PWM）控制技术是一种重要的电力电子控制技术，广泛应用于逆变电源、UPS、电力系统有源滤波和无功补偿设备等电力电子装置中。目前实现PWM的方法主要有基于分立元件的PWM实现方法、专用大规模集成芯片实现方法、微机型PWM实现方法等。其中基于分立元件的PWM实现方法存在电路复杂、可靠性差等缺陷；专用大规模集成芯片实现方法存在控制不灵活、成本高等缺陷；微机型PWM实现方法能有效的克服以上两种缺陷。随着

2、各种电路拓扑的相继提出，PWM本身也在不断地发展、演化。在传统的二逻辑PWM的基础上，又逐渐发展出三逻辑PWM和多逻辑PWM。例如，在电流源型AC/DC变换器中需要使用三逻辑PWM，在组合变流器和多电平变流器中需要使用多逻辑PWM。其中，多逻辑PWM往往可以通过多路的二逻辑PWM来合成。三相电压源型二电平H桥变流器需要6路PWM发生器。而三相电压源型三电平变流器则需要12路PWM发生器。扩展到三相电压源N电平变流器，就需要6×(N-1)路PWM发生器。而目前常见的专用集成芯片一般只能提供6路PWM发生器

3、,对于组合变流器和多电平逆变器而言，这些芯片不仅会造成电路设计复杂，可靠性降低,最主要的是很难完成同相功率器件的同步触发，而且需要复杂的控制逻辑。因此，研究多路实时PWM脉冲电路，有十分重要的意义。FPGA是当今应用最广泛的可编程专用集成电路，可以利用它在实验室设计出专用集成电路。与单片机相比，FPGA有运行速度快、内部程序并行运行,有处理更复杂功能的能力等优点。基于FPGA的控制电路集成度高、分立元件少、抗干扰性好，同时因线路设计简单，由软件编程实现硬件电路，可修改性强。所以本文提出一种基于FPGA的

4、多路实时脉冲电路的设计，简化了硬件控制,提高了系统的整体性能和工作可靠性。1.2PWM发生器的现状及发展PWM43邵阳学院毕业设计(论文)技术自出现以来，在近几十年间其基础理论得到了不断的发展，而在电力电子行业的应用更是达到了空前的程度。应用程度的加深和其产品性能的提高对PWM信号的质量提出了更高的要求，而信号质量的提高取决于产生信号的器件或电路，因此研究PWM信号产生电路的设计方法不仅是必须的，而且非常重要的。随着计算机技术、电力电子技术，微电子技术等相关行业技术的飞速发展以及集成电路设计工艺的不断提

5、高，PWM信号发生电路的设计方法也在不断的改进和提高。从信号的产生方法来说，工程上常见的PWM波产生方法[1]有:（1）三角波比较法三角波比较法根据二角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的开关时刻，可以由模拟电子电路、数字电子电路或专用大规模集成电路芯片等硬件实现，也可以用微型计算机通过软件生成SPWM。（2）滞环比较法该方法较多应用于电流跟踪控制。此法的优点是硬件电路简单;属于实时控制方式，反应快;不用载波，输出中不含特定频率谐波分量。其不足之处是检测信号的传感器必须是具有宽频带的高性能传

6、感器（3）空间电压矢量法空间电压矢量法(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法。它以二相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁通圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。（4）单周控制法单周控制法作为一种新型非线性控制技术提出，它可应用于PWM控制、软开关等。这种方法的基本思想是在每个周期内强迫开关变量的平均值与控制参考量相等或成比例。从PWM信号发生器设计方法的改进和发展来看，可以大致分为二个阶段:（1）基于分立器件的阶段在这一阶段，受

7、器件生产工艺、集成度和计算机应用水平的影响，PWM发生器的设计方法卞要采用电阻、电容、晶体竹电路完成，模拟电子技术的应用占主导地位，PWM信号的产生主要由分立元件组成的控制电路完成。这种电路存在的问题主要有三个方面:43邵阳学院毕业设计(论文)①电路设计比较复杂，难度比较大。由分立元件实现的PWM信号发生电路主要由波形发生电路、比较电路、信号处理电路等组成。设计人员不仅需要有丰富的电子技术理论知识和多年的实践经验，而且需要对门类繁多，厂家制造工艺不同的各种分立元件的性能非常熟悉。②信号质量不高，抗干扰能

8、力差。分立元件本身受温度漂移等不可消灭因素的影响，PWM信号精度不可能很高。而且分立电路封闭性差，电路运行时相互之间或受到外界的干扰很大，系统的稳定性比较差。信号输出波形的改变主要是通过改变电路中相关元件的参数来实现，这些分立元件参数的改变本身就比较困难。③电路规模庞大，难以集成。对于一个实际应用系统，PWM信号发生电路一般只是其中一个部分，我们希望整个系统的体积要小以提高整体的可靠性，但要减小由分立器件组成的电路是很难做到的。电路体积大，