基于FPGA控制的三相变频电源系统的设计
基于FPGA的三相电源发生器的研制
基于FPGA的三相电源发生器的研制许文建;卞正林;周晓【摘要】We employ FPGA and auxiliary circuits to devise a 57 V and 50 Hz three-phase power generator. We also perform functionality simulation with software Quartus II and inspect smoothness and stability of waveform with development platform DE2. This generator is devised with modularized structure and includes a signal generation module, a PWM module and some necessary auxiliary circuits. It has stronger functionalities, smaller volume, better flexibility and higher interference suppression capability, as compared with other similar products with identical functionalities. It therefore can provide convenient power supply for many experiments in industrial applications.%利用FPGA器件以及辅助电路实现了57 V,50 Hz实时三相电源的产生,并在QUARTUSⅡ环境下进行了功能仿真,通过DE2开发平台验证了波形的光滑度以及稳定度.系统的设计采用模块化设计思想,分为信号发生模块、PWM模块以及必要的外围电路.与类似产品相比,该系统功能强大,体积缩小,工作灵活性和抗干扰能力相对较高,可为工业应用中的许多实验场合提供方便的实验电源.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2011(024)003【总页数】5页(P55-58,63)【关键词】FPGA；三相电源；QUARTUS Ⅱ【作者】许文建;卞正林;周晓【作者单位】泰兴市产品质量监督检验所，江苏泰兴225400;泰兴市产品质量监督检验所，江苏泰兴225400;江苏省减速机产品质量监督检验中心，江苏泰兴225400【正文语种】中文【中图分类】TM91波形发生器是一种常用的信号源，广泛应用于科学研究、工业生产、教学实验等领域。
三相变频电源设计
河南科技学院新科学院2012届本科毕业设计(设计)三相变频电源设计学生姓名：王斌所在系别：机电系所学专业：电气工程及其自动化导师姓名：田泽正完成时间：2012年5月15日摘要本设计了一个交流—直流—交流变频电源系统。
该系统利用三相电压桥式逆变,并以FPGA 为控制核心, 采用SPWM变频控制技术, 实现了三相正弦波变频输出。
其输出线电压有效值为36 V, 最大输出电流有效值达3 A。
此外，系统还具有频率测量、电流和电压有效值测量及平均功率测量等功能。
变频技术在电源中的应用，极大地减小了电源装置的体积，提高了效率，产生了巨大的经济效益，所谓变频就是利用电力电子器件(如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)将5OHz的市电变换为用户所要求的交流电或其他电源。
它分为直接变频(又称交―交变频)，即把市电直接变成比它频率低的交流电，大量用在大功率的交流调速中;间接变频(又称交—直—交变频)，即先将市电整流成直流，再变换为要求频率的交流。
它又分为谐振变频和方波变频。
前者主要用于中频加热，方波变频又分为等幅、等宽和SPWM变频。
常用的方法有正弦波(调制波)与三角波(载波)比较的SPWM法、磁场跟踪式SPWM法和等面积SPWM法等。
逆变技术，是指整流技术的逆向变换方式。
关键词：逆变器，变频电源，脉宽调制，FPGAAbstractAn AC- DC- AC variable- frequency power supply system based on IM14400 is designed in this paper, which uses FPGA as control core. The frequency converting controlling technology of sinusoidal pulse width modulation (SPWM) is applied to get the output of three- phase variable- frequency sine wave. The RMS voltage is 36V and the maximum RMS current is up to 3A. The system also includes the following functions, Such as frequency meaurement RMS voltage and current measurement, and mean power measurement. Frequency of application of technology in the power supply, greatly reducing the power supply unit volume, improve efficiency, resulting in huge economic benefits, the so-called conversion is the use of power electronic devices (such as power transistors GTR, insulated gate bipolar transistor IGBT) 5OHz the city will be transformed into electricity requested by users or other AC power supply. It is divided into direct-conversion (also known as AC - AC converter), that is converted directly intoelectricity than its low frequency of the alternating current, a large number used in the high-power AC Drive Central; indirect conversion (also known as AC - Direct - AC Inverter ), which is first rectified into DC electricity, and then transformed into the frequency of communication required. It consists of resonant frequency and the square-wave inverter. The former is mainly used for medium frequency heating, square-wave frequency is divided into equal amplitude, width and the SPWM inverter. Commonly used methods are sine wave (modulated wave) and the triangular wave (carrier) to compare the SPWM method, the magnetic field Tracking SPWM law and the equal-area SPWM method. Inverter technology is the rectification of the reverse transformation method.Keywords：Inverter，Variable frequency power supply，PWM，IM14400，FPGA目录1 绪论 (1)1.1 课题的提出 (1)1.2 课题研究背景 (1)1.3 国内外相关研究情况 (3)1.4设计的对象 (4)2 系统总体设计方案 (4)2.1 三相正弦波变频电源设计要求 (4)2.2 三相正弦波变频电源系统设计方案比较 (4)2.3，系统总体设计方案 (6)3 系统主要功能的实现 (9)3.1 整流滤波电路的设计 (9)3.2 斩波和驱动电路 (9)3.3 逆变及驱动电路 (11)3.4 PWM 信号的产生方式 (13)3.5 SPWM 调制方式的选择 (14)3.6 测频电路 (15)3.7 AD637简介及应用电路 (15)3.8 过压保护与过流保护电路设计 (16)3.9 单片机电路设计 (18)4 理论分析与参数计算 (19)4.1 SPWM 逆变电源的谐波分析 (19)4.2 载波频率的选择 (20)5 系统软件设计 (21)5.1 程序开发语言 (21)5.2 VHDL硬件描述语言简介 (22)5.3 正弦波顶层设计程序 (22)6 结论 (24)致谢语 (24)参考文献 (25)附录:电路总图 (26)1 绪论1.1 课题的提出由于我国市电频率固定为50 Hz, 因而对于一些要求频率大于或小于50 Hz 的应用场合, 则必须设计一个能改变频率的变频电源系统。
基于FPGA的变频调速控制系统设计.
基于FPGA的变频调速控制系统设计摘要：现代电力电子电路的控制旨在实现高速开关的计算机控制，并且朝着更高频率更低损耗和全数字化的方向发展。
现场可编程门阵列器件是最近这些年来崭露头角的一类新型集成电路，它的优势是简洁，经济，高速度，低功耗等。
同时具有全集成化，适用性强，方便开发和维护等明显优点。
同单片机，和DSP相比FPGA的频率更高，速度更快。
这些特点适应了电力电子电路的逐步高频化和复杂化发展的需要。
所以越来越多的领域中FPGA 获得了日益广泛的发展和使用。
FPGA进行设计可以简化系统的硬件结构，降低成本，并且显著改变系统的处理能力。
本文提出的FPGA设计方案可以实现数字化变频调速控制。
该系统能够产生三相正弦脉宽波形，该系统具有控制简洁，精确，易修改，可现场编程等特点，可以广泛应用于PMW变频调速系统的全数字化控制。
文中对方案的进行进行了详细的论述。
主要包括系统设计的理论分析，系统结构设计，以及在FPGA硬件上的实现，最终验证了该控制系统的可行性和有效性。
数字化是该系统的特点，系统最终生成的三相SPMW脉冲三相正弦调制波和三角载波比较得到的。
设计过程中，充分结合FPGA 器件的结构特点，产生三项正弦调制波，同三角载波通过比较器比较厚，最终得到三相SPWM脉冲序列。
概述：设计所要实现的功能：产生多路PWM波形从而实现变频调速的功能。
设计所采用的基本思想：通过调节电源频率可以调节电机的实际转速。
基于FPGA可以将所选定的变频调速控制方式和控制算法实现出来，形成输出目标控制信号的硬件电路。
系统模块设计与仿真根据系统所要实现的功能系统总体结构可以分为正弦信号生成模块，三角波产生电路D/A 转换器正弦波和三角波比较模块。
正弦波信号生成模块：生成正弦波样本，有直接数字频率合成器实现。
它主要是针对系统所需要的针线信号，做出正弦调制波模块的设计，同时在生成正弦信号的过程中完成对波形幅值的控制。
三角载波生成模块：生成三角载波，通过mif文件生成器生成三角波文件，得到三角波数据，与正弦信号生成模块中得到的数字正弦波进行比较，生成脉宽调制信号。
基于FPGA数控变频电源的设计
基于FPGA数控变频电源的设计谭本军（湖南张家界航空工业职业技术学院 湖南 张家界 427000）摘 要： 通过对PWM调制信号控制变频电源的分析研究，提出设计的基本方案，重点分析硬件设计和基于FPGA的数控部分的设计。
这种设备的输出电压具有在一定范围内幅值、频率可调的优点，能最大限度满足用户对各种交流电源的需求。
变频电源的核心技术是逆变控制系统，基于FPGA的逆变控制系统其实时性很强。
关键词： 变频电源；FPGA；逆变；SPWM中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120065－021 绪论 3 硬件的设计3.1 直流母线电压源的设计现代人们的生活和发展离不开电能，但是受历史、经济等各方面的原因的影响，世界各国的电网指标还没有统一的标单端反激式变换器是指，当数字控制器的PWM调制信号控准，例如我国内地工频电压一般采用的是220V/50Hz交流电，制MOS管驱动电路导通时，次级侧的整流二极管处于截止状而台湾、美国、日本等地区使用的工频电压一样为态，能量以磁能的形式存储在变压器的初级侧的电感线圈中；110V/60Hz，英国的工频电压为240V/50Hz等，这样就给许多进当PWM调制信号控制MOS管截止时，次级侧的整流二极管处于导出口的家用电器、医疗仪器及工业设备的直接使用带来很多麻通状态，储存在初级侧线圈的能量通过互感效应传递到次级烦。
而且由于发电厂的发电功率有限，在用电高峰期和电低峰侧，经过低压整流滤波电路输出相应的DC电压，完成DC-DC降期整个电网工作在欠压或过压状态，还有工频电压抗干扰性很压变换。
3.2 直流母线调压电路的设计差很容易受到外界高频设备、雷电的影响，造成整个电源不能正常使用，那么设计一种能产出纯净的、稳定的、在一定范围调节电压幅值可以有两种方法：1）在要求输出高电压、内电压频率和幅值可调节的电源尤为重要，变频电源（交流电低精度、快速响应的情况下保持母线电压不变调节调制度；2）力频率转换器）就能满足我们的要求。
基于FPGA的三相PWM发生器
摘要：介绍了基于FPGA设计+的三相PWM发生器。
该发生器具有灵活和可编程等优点,可应用于交流电机驱动用的三相电压源逆变器。
实验结果验证了本设计的有效性。
关键词：脉宽调制 现场可编程门阵列随着现代工业的要求和微电子技术的进步,交流传动已经迅速地从模拟控制转向数据控制,其中PWM技术与方法是其核心内容。
但数字化PWM电路一直是设计中的难点,除了集成三相PWM发生器的80C196MC、TMS320F240等微处理器外,均采用中小规格集成电路设计感想 PWM,这是非常复杂的,往往使电路复杂、可靠性差。
本文介绍了一种用单片大规模FPGA实现的三相PWM发生器,它具有三相脉冲中心对称、PWM周期和死区时间可编程等特点,且性能优异、灵活性和可靠性高。
1 基本原理本设计的目的是产生三相逆变器的PWM信号波形。
图1是用FPGA实现的PWM部分设计框图,它主要由脉宽寄存器、缓冲寄存器、周期寄存器、死区寄存器、死区发生器、数值比较器、控制逻辑等几部分构成。
脉宽寄存器,决定三相PWM信号的脉宽;缓冲寄存器,实现对脉宽数据的双缓冲;周期寄存器,决定PWM的斩波周期;死区寄存器,决定上下桥臂的死区时间。
脉宽寄存器在每个开关周期中由微处理器与更新一次,其输出数据经缓冲以后与基准计数器进行数值比较,得到三相PWM信号PA、PB、PC。
再经过死区电路处理,最后产生6个中心对称的PWM驱动信号,驱动三相逆变器的6个功率器件。
PWM算法可采用SPWM（正弦PWM）或者SVPWM（空间矢量PWM）。
FPGA中的基准计数器,用来产生类似模拟电路中的三角波基准,是一个最小计数值为0、最大计数值为周期寄存器中保存的数值、计数方向交替变化的可逆计数器。
基准计数器单元在最大计数值时产生一个同步信号SYN,当它有效时将三个脉宽寄存器的数据存入各自的缓冲寄存器,实现双缓冲,使三个脉宽寄存器在SYN 无效时可依次由微处理器更新而不影响最终的三相同步关系。
基于FPGA的SVPWM 3相PWM逆变器控制IC
基于FPGA的SVPWM 3相PWM逆变器控制IC摘要：本文提出了一种新的空间矢量脉宽调制（SVPWM）电路的实现方法。
SVPWM控制IC采用先进的现场可编程门阵列（FPGA）技术-xilink公司生产的两种基于RAM的FPGA技术xc4003和xc4010用于SVPWM IC的设计，同时数字电流控制定子电流调节环路模块也可嵌入在此SVPWM IC内。
SVPWM IC和数字信号处理器（DSP）一起提供高性能交流驱动器的整体解决方案。
通过仿真和实验结果验证了SVPWM控制IC设计的正确性。
Ⅰ.导言在交流电机驱动器和空调系统中交流电源脉宽调制（PWM）交直流转换器有着广泛的应用。
PWM调制策略对很多转换器实现最小谐波和转换损耗具有重要的作用，特别是针对三相应用。
近年来已发展成各种调制策略、控制方案和实现技术随着微电子技术的进展，微处理器或DSPs 被广泛用于各种电源转换系统的设计和应用，尤其是在脉宽调制（PWM）逆变控制器[2]-[3]。
脉宽调制策略实施基于微处理器的硬件和软件的灵活性、精确的控制，少组件、低成本和紧凑的优点。
然而，在各种应用程序和有限制字长的影响下，对于调制策略的选择，微处理器的有限的计算能力也必须仔细考虑。
超大规模集成电路技术的快速变化已经从根本上改变了设计过程。
现代电子产品的生命周期，甚至可能比其设计周期还短。
因此，需要快速的原型制造成为了现代电子产品的设计挑战。
现场可编程门阵列（FPGA）技术的出现，使数字系统的快速原型机制造成为可能[4]。
FPGA的实现为PWM策略提供了优势，如：快速原型、简单的硬件和软件设计，更高的转换频率，并释放微处理器的计算负载。
本文提出了一种基于FPGA的PWM IC的三相电源转换器的设计和实施。
空间矢量PWM（SVPWM）的技术是通过PWM IC实现。
设计的PWM IC可用于交流电机驱动器或三相交流电压调节系统。
PWM IC设计也可作为数字化交流电机驱动器的电流环路的一部分。
基于FPGA控制的三相功率平衡装置[实用新型专利]
![基于FPGA控制的三相功率平衡装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8aa748284028915f814dc28d.png)
专利名称：基于FPGA控制的三相功率平衡装置
专利类型：实用新型专利
发明人：王雷,宋元锋,荆延飞,王金,巩帅奇,牟忠,李军,李婷婷申请号：CN201620830602.4
申请日：20160801
公开号：CN205846734U
公开日：
20161228
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种基于FPGA控制的三相功率平衡装置，包括依次连接的系统电源U、输出电抗器L、三相全桥逆变单元，三相全桥逆变单元的连接串联的电容C1、C2，电容C1、C2的中点连接零线电抗器L，零线电抗器L连接零线N；系统电源U与输出电抗器L之间连接电压互感器，输出电抗器L与三相全桥逆变单元之间穿接输出电流互感器，电容C1和电容C2两端连接直流采用互感器，电压互感器、输出电流互感器和直流采用互感器通过调理电路接口连接调理电路，调理电路通过AD采样芯片连接FPGA，FPGA分别连接ARM和DSP。
本实用新型能够有效消除配电网中三相负荷不平衡以及零线电流过大的电能质量问题，提高了输出补偿精度，具有较好的补偿效果和较高的系统可靠性。
申请人：山东锦华电力设备有限公司
地址：256408 山东省淄博市桓台县唐华路609号
国籍：CN
代理机构：青岛发思特专利商标代理有限公司
代理人：巩同海
更多信息请下载全文后查看。
基于FPGA的数字三相锁相环的优化设计
（ ．ｃｏｌｏ ｎｏｍａｏ ｃ ｎｅ ＆ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ ｏ ｔ ｅｔＪ ｏｏｇ Ｕ ｉｅｓｙ ｈ ｎｄ １０ １ Ｃ ｉａ １Ｓ ｈｏ ｆＩｆ ｔ ｎ Ｓｉ ｃ ｒ ｉ ｅ ｅｈ ｏｏ ，Ｓｕｈ ｓ ｉ ｔｎ ｎｖｒｔ，Ｃ ｅｇ ｕ ６ ０ ３ ， ｈｎ ； ｇ ｗ ａ ｉ
摘 要 ：数 字 三相 锁 相 环 中含 有 大 量 乘 法运 算和 三 角 函数 运 算 ， 占用 大量 的硬 件 逻 辑 资 源 。为 此 。 提 出 一 种 数 字 三 相 锁 相 环 的 优 化 实现 方 案 ， 用 乘 法 模 块 复 用 和 Ｃ ＲＤ Ｃ 算 法 实现 三 角 函 数 运 算 ， 利 Ｏ Ｉ 并 用 Ｖ ｒｏ Ｄ ｅｉ ｇＨ Ｌ硬 件 描 述 语 言 对优 化 前后 的算 法进 行 了编码 实现 。仿 真 和 实验 结 果表 明 ， 化后 的 数 ｌ 优 字 三 相 锁 相 环 大 大 节 省 了 Ｆ Ｇ 的 资 源 ， 能 快 速 、 确 地 锁 定 相 位 ， 有 良好 的 性 能 。 ＰＡ 并 准 具
Ａｐｐｉａ ｉ ｆ Ｉｔ ｇｒ ｔ ｄ Ｃｉ ｕｔ ｌ ｔ ｃ ｏｎ ｏ ｎｅ ａ ｅ ｒ ｉ ｃ ｓ
基 于 Ｆ Ｇ 的数 字 三相 锁相 环 的优 化 设 计 ＰＡ
秦 伟 ， 圣 贤 ， 鹏 飞 庄 廖
（． 南 交 通 大 学 信 息 科 学 与 技 术 学 院 ， 川 成 都 ６ ０ ３ ； １西 四 Ｉ １０ １ ２西 南 交通 大 学 电 气工 程 学 院 ， 川 成 都 ６０３ ） ． 四 １ ０ １
２ Ｓ ｈ ｏ ｆＥｌｃｒ ａ ｇｎ ｅｉ ｇ ｏ ｔｗｅｔＪａ ｔｎ ｉｅｓｔ ，Ｃ ｅ ｇ ｕ １ ０ １， ｈｎ ） ． ｃ ｏ ｌｏ ｅ ｔ ｃ ｌＥｎ ｉｅ ｒ ，Ｓ ｕｈ ｓ ｉｏｏ ｇ Ｕｎｖｒｉ ｉ ｎ ｙ ｈ ｎ ｄ ６ ０ ３ Ｃ ｉａ