三相ＳＰＷＭ控制器的研究设计

叶云云

摘要 对SPWM的原理及其控制集成电路的各个模块进行分析和研究，给出单芯片三相SPWM恒压频比变频器的实现。最后利用Altera的QuartusⅡ软件对该设计进行编译和仿真，并给出仿真结果。

关键词 脉宽调制；SPWM；FPGA

中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）09-0070-02

Design and Studied of 3-phase Sinusoidal PWM Controllor//Ye Yunyun

Abstract This paper mainly deals with the realization of the 3-phase sinusoidal PWM (SPWM) controller with constant U/f ratio is proposed. Simulation results are given at the end of this article to verify the constructed controller.

Key words PWM；SPWM；FPGA

Authors address Qingdao University of Science & Technology, Qingdao, Shandong 266061

正弦波脉宽调制（SPWM）法是从三相交流电动机供电电源的角度出发的一种控制方法。用硬件电路实现SPWM法，通常是用一个正弦波信号发生器产生可以调频调幅的正弦波（称为调制波）信号，再用一个三角波信号发生器产生幅值不变的三角波（称为载波）信号，将它们进行比较，由两者的交点来确定逆变器开关的转换[1]。

1 三相SPWM控制器设计

1.1系统结构分析如图1所示，该系统可以分为5个部分：分频器单元、载波比选择单元、译码器单元、存储器单元和死区调节单元。

1.2 SPWM模块化研究前面介绍了SPWM系统的总体框图，下面对系统的各个组成模块进行详细地说明。

1）分频器模块（图2）。由于整个输出频率范围分为8个载波比区段，在每个载波比区段，需要知道等脉宽载波的频率，以便利用它来控制相应计数器，并得到相应的δ值，从而得到需要的调制波形[2]。

2）载波比选择模块（图3）。分频器的输出时钟端40脚将作为参考频率，通过统计40脚的一个时钟周期内clkrc的脉冲数，根据clkrc脉冲数量利用有限状态机（FSM）判断出ƒ所在的载波区段。为了方便起见，只需统计clock_40一个周期内高电平期间clkrc脉冲个数。

3）译码器模块和存储模块（图4）。

4）死区模块。用半导体器件作为开关器件并不能达到理想状态，因此当驱动信号到来时，相应的开关状态会有个延迟。为了避免电路在任意逆变器阶段的不足，死区时间是必须要考虑的因素。死区时间由死区模块来完成。也就是说，死区调节单元对来自译码器的三相调制信号（PWMA、PWMB、PWMC）进行调整，把每一相信号分为2部分输出，一部分是上桥臂驱动信号，另一部分是下桥臂驱动信号。这2部分信号相互错开一个死区时间，死区时间的大小根据具体功率器件决定，然后改变死区调节单元的时钟频率，就可以实现死区调节。

2 FPGA实现SPWM仿真分析

选择QuartusⅡ软件[Processing]/[Start Simulation]命令或者单击工具栏的仿真开始按钮运行仿真，以观察设计的时序是否满足要求。经检查，仿真波形基本上满足要求（图5）。

图5为考虑芯片布局布线参数后的时序仿真结果。图中各个量分别代表时钟信号、复位信号、六个全控桥臂信号，从图中可以看出三相桥臂互差120°。仿真时钟频率设为20 MHz，开关频率设为20 kHz，死区时间设为0.5 μs，M设为0.999。通过仿真可以看出该系统能够得到更宽的频率和电压调节范围。

参考文献

[1]吴守箴.电气传动的脉宽调制控制技术[M].第二版.北京:机械工业出版社,2002:101-103

[2]罗宏浩,刘少克.新型SPWM调制技术[J].微特电机,2004(3):55-66