[发明专利]基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统及方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，用于变频控制领域，其特征在于：该系统在FPGA上实现，所需要的全部脉冲由FPGA运算产生；该系统包括时钟分频器P、同步异步调制控制器D、运行控制参数存储器M1、幅值频率控制器M2、地址发生器M3；及

n路互补载波发生器T1～Tn：n为正整数，且1≤n≤10，每路产生一对互补的载波；T1～Tn各自的输出信号为两路相位相反的三角波，且T1～Tn相邻的输出信号之间相差一个相角；

三相比较器：A1～An、B1～Bn、C1～Cn，每相n路，总共3×n个比较器；各路互补载波发生器将自身输出的双路三角波送到标号对应的A、B、C三相比较器中；

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器：A相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、B相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SB、C相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SC；

三相正弦波幅值输出乘法器：MA、MB和MC；

所述时钟分频器P用于产生FPGA所需要的高频时钟；

所述运行控制参数存储器M1用于存储控制FPGA运行的关键命令和参数；

n路互补载波发生器T1～Tn：按照运行控制参数产生两路三角波，这两路三角波的相位相反，其输出值送到比较器中，与调制波比较产生脉冲；

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC：由FPGA在芯片内部实现，分别存储着A相、B相和C相的0～π/4范围内的标准正弦波瞬时值数据，此三种瞬时值在相位上互差120°；当查询地址处于π/4～2π时，地址发生器M3送出的实际地址通过对称、平移的数学操作方式转换到0～π/4空间，完成0～2π全部正弦波瞬时值的查询；瞬时值查询完毕后，瞬时值与幅值频率控制器M2的输出幅值相乘，得到所需的调制波幅值，送到所在相的比较器中，与载波比较产生脉冲；

三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn：每个比较器的输入是调制波和两路互补载波；调制波瞬时值分别与两路载波瞬时值进行比较；每个比较器输出的是两路数值比较后的电平；

所述运行控制参数存储器M1向同步异步调制控制器D传递同步调制或异步调制参数，M1送到D的信号，决定T1～Tn的调制方式；所述T1～Tn的调制方式设置为同步调制时，地址发生器M3同时控制n路互补载波发生器T1～Tn和三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；所述T1～Tn的调制方式设置为异步调制时，n路互补载波发生器T1～Tn各自内部计时产生载波，M3只控制三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；同时D还存储移相参数与使能参数，针对每个载波发生器设置不同的移相角度，或者将不需要的载波发生器关闭掉。

2.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述n＝5、6、8、9或10。

3.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述运行控制参数存储器M1存储的关键命令和参数包括起动命令、停止命令、SPWM的调试方式、调制波频率、载波频率、调制波幅值、频率-电压关系曲线、传感器测量的系统电流、电压、温度数据。

4.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述运行控制参数存储器M1向幅值频率控制器M2传递用户设定的运行参数，幅值频率控制器M2用于控制幅值和频率，M2输出的频率送给地址发生器M3，作为加减速的控制；M2输出的幅值与三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC的输出结果相乘，决定调制波的幅值，即决定电机的运行电压。

5.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述运行控制参数存储器M1向地址发生器M3传递当前运行频率参数，当前运行频率的高低决定地址发生器M3更新地址的快慢，最终决定三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC输出的瞬时值的快慢，确定调制波的输出频率，即决定电机的运行速度。