载波移相的研究
基于FPGA的载波移相PWM发生器设计
基于FPGA的载波移相PWM发生器设计曹阳;凌志斌;马勤冬;陈满;郭海峰【摘要】采用FPGA设计并实现了适合多电平变流器的载波移相PWM发生器.该PWM发生器采用上下位机两层结构,上位机为DSP+FPGA结构产生调制信号,下位机内部产生载波信号并输出PWM信号,上下位机间通过串行通信进行数据交换和时序同步.介绍了该PWM发生器的基本结构和设计原则,并进行了方案的设计验证.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2014(044)007【总页数】5页(P19-23)【关键词】现场可编辑逻辑门阵列(FPGA);载波移相;脉冲宽度调制(PWM)发生器【作者】曹阳;凌志斌;马勤冬;陈满;郭海峰【作者单位】上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海200240;上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海 200240;上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海 200240;中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司,广东广州 510630;中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司,广东广州 510630【正文语种】中文【中图分类】TM461 引言多电平功率变换电路可以使耐压值较低的全控型电力电子器件可靠地应用于高压大功率领域，并能有效减少PWM控制所产生的高次谐波[1]。
载波移相PWM调制方法则是一种标准的多电平功率变换技术的控制法。
多电平变换器输出电平数多，需要的计算量大，对采用的处理器的计算功能、快速性和I/O接口功能要求高，对算法的性能要求更高[2-4]。
为了满足多电平变换器的需求，本文设计实现了一种主从两级结构的PWM发生器。
其中，上位机为DSP+FPGA（可编程逻辑器件）结构，DSP和FPGA分别实现了调制信号的生成与输出，二者之间的数据交换通过地址总线和数据总线进行。
下位机通过光纤与上位机进行串行通信，使用FPGA芯片解码并实现PWM信号的输出。
这种上下位机的设计，既利用了DSP高运算速度和FPGA灵活易扩展的特点，也使得上下位机的FPGA的资源互不占用并开销下降，节省了成本。
微波移相器的研究
微波移相器的研究引言随着科技的不断发展，微波技术在无线电通信、导航系统、测量技术等领域的应用越来越广泛。
微波移相器作为微波技术中的重要元件，对相位进行精确控制，是实现微波信号处理的关键。
因此，对微波移相器的研究具有重要意义。
本文旨在探讨微波移相器的现状、设计及应用，以期为相关领域的研究提供参考。
研究现状微波移相器的主要作用是控制微波信号的相位。
目前，常见的微波移相器主要包括电阻式移相器、电容式移相器、铁氧体移相器和反射式移相器等。
电阻式移相器具有线性相位响应，但损耗较大；电容式移相器具有较低的损耗，但相位响应非线性；铁氧体移相器具有高的移相量和低的插入损耗，但工作带宽较窄；反射式移相器具有宽带性能，但插入损耗较大。
各种微波移相器均有其优点和局限性，应根据具体应用场景进行选择。
微波移相器的设计设计微波移相器的主要步骤包括建立微波电路模型、模拟电路性能、优化电路参数等。
首先，根据需求建立合适的微波电路模型，包括传输线、电阻、电容、电感等元件。
接着，利用电磁仿真软件对电路性能进行模拟，得到相位响应、插入损耗等性能指标。
最后，根据模拟结果优化电路参数，以实现最佳性能。
微波移相器的应用微波移相器在无线电通信、导航系统、测量技术等领域均有广泛应用。
在无线电通信方面，微波移相器可用于实现相位调制，提高通信系统的抗干扰能力和频带利用率。
在导航系统中，微波移相器可用于产生线性调频信号，提高导航精度和抗干扰能力。
在测量技术领域，微波移相器可用于相位测量和校准，提高测量准确度和稳定性。
结论本文对微波移相器的研究现状、设计及应应用进行了详细阐述。
通过对各种微波移相器的优缺点的比较，以及对其设计步骤和应用的介绍，我们可以看到微波移相器在微波技术中的重要作用。
未来研究方向包括开发新型微波移相器材料和结构，提高移相器的性能和可靠性；拓展微波移相器的应用领域，如毫米波、亚毫米波以及光波段等；同时还需要加强微波移相器在高速信号处理、量子信息等领域的应用研究。
一种应用于anpc型三电平逆变器的反向载波移相调制方法
一种应用于anpc型三电平逆变器的反向载波移相调制方法反向载波移相调制方法是一种应用于anpc型三电平逆变器的控制策略，目的是优化电力转换效率和降低电力损耗。
该方法通过对逆变器的PWM（脉冲宽度调制）信号进行精确控制，实现对电力输出的高质量调节。
传统的PWM调制方法，如SPWM（正弦脉宽调制），是基于固定频率和固定幅度的三角波与参考正弦波进行比较来生成PWM信号。
然而，在anpc型三电平逆变器中，由于多个开关电平的存在，传统PWM调制方法的效果并不理想。
反向载波移相调制方法通过在参考波形和三角波之间引入相位差，并根据电网电压和电流的需求进行动态调整，实现对输出电压和电流的精确控制。
具体而言，该方法包括以下几个步骤：1.相位差计算：通过获取电网电压和电流的相位差，计算出相位差的大小和方向。
相位差的大小和方向可以决定PWM信号的相位偏移量。
2.相位差补偿：根据相位差的计算结果，对PWM信号进行相位补偿。
通过引入相位差，可以实现电流和电压的同步控制，从而提高电力转换效率。
3.动态调整：监测电源系统的电流和电压，并根据系统需求进行动态调整。
通过不断优化PWM信号的相位和幅度，可以实现最佳的电力输出。
反向载波移相调制方法有以下几个优势：1.提高电力转换效率：通过对PWM信号进行精确控制，可以优化电力转换效率，减少电力损耗。
2.提高电力质量：反向载波移相调制方法可以实现对电流和电压的同步控制，从而提高电力质量，减少电力波动和谐波污染。
3.提高逆变器的控制精度：该方法可以实时监测系统的电流和电压，并根据需求进行动态调整，从而提高逆变器的控制精度。
4.提高系统的可靠性：反向载波移相调制方法可以有效减少逆变器的开关损耗和热损耗，从而延长系统的使用寿命。
总之，反向载波移相调制方法是一种应用于anpc型三电平逆变器的控制策略，通过对PWM信号进行精确控制，可以提高电力转换效率和电力质量，优化系统的控制精度和可靠性。
该方法在逆变器领域具有广阔的应用前景。
载波移相技术的FPGA实现方法
载波移相技术的FPGA实现方法
王成元;常国祥;郭雨梅;夏加宽
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2007(41)5
【摘要】在深入分析SPWM产生原理的基础上,提出一种完全由FPGA产生多路SPWM波形的发生器.该发生器既可产生24路SPWM波形,也可实时调节SPWM 波形的幅值和频率,并可有机调整死区时间和载波频率;它可独立工作,也可与DSP 等上位机协同工作,还可作为IP核嵌入到其他系统中.通过优化设计,节省了芯片资源,提高了芯片效率.仿真和实验证明了该设计的可行性.
【总页数】3页(P26-28)
【作者】王成元;常国祥;郭雨梅;夏加宽
【作者单位】沈阳工业大学,辽宁,沈阳,110023;沈阳工业大学,辽宁,沈阳,110023;黑龙江科技学院,黑龙江,哈尔滨,150027;沈阳工业大学,辽宁,沈阳,110023;沈阳工业大学,辽宁,沈阳,110023
【正文语种】中文
【中图分类】TN43;TN787
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模块化多电平换流器的均压优化控制仿真研究
模块化多电平换流器的均压优化控制仿真研究摘要本文主要对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC) 中的均压优化控制进行的研究，整个模块化多电平换流器仿真需要将输入的三相交流电转化为直流电，并且各个子模块电压差值需要尽量的小，从而保证整个系统能够稳定运行，对载波移相脉宽调制策略进行推导与改进，使得模块化多电平换流器能够在更短的时间内稳定，且子模块电容电压在合理的控制中保持均衡。
仿真实验结果证明了所提方法的正确性和可行性。
关键词模块化多电平换流器；子模块均压；载波移相脉宽调制Simulation Study on Optimal Voltage Equalization Control ofModular Multi-level ConverterZ5号宋体oufucheng Daipanyang(Aba Teachers University,Si chuan Wenchuan,China )Abstract This paper mainly studies the voltage optimizationcontrol in Modular Multilevel Converter. The whole modular multi-level converter simulation needs to convert the input three-phase AC into DC, and the voltage difference between each sub-module needs to be assmall as possible. Thus, the whole system can run stably, and the strategy of carrier phase-shifted PWM is deduced and improved, so that the modular multi-level converter can be stable in a shorter time, andthe capacitance voltage of the sub-modules can be balanced in a reasonable control.The simulation experiment results prove the correctness and feasibility of the proposed method.keywords MMC; sub-module voltage equalizer; carrier phase shift PWM引言随着西电东送工程的实施，电能的损耗也随着高压长距离输电不断增大，从而使得直流输电在电力传输中脱颖而出。
基于TMS320F2812的载波移相PWM发生器的设计
基于TMS320F2812的载波移相PWM发生器的设计杨仁增;王海欣;黄海宏【摘要】适用于单元级联型多电平电路的载波移相PWM调制方法,其实现的关键在于如何实时产生多路移相PWM控制信号.研制了基于TMS320F2812的PWM 脉冲发生器,通过事件管理器硬件实现与CPU软件实现相结合,在DSP的各个GPI0复用管脚输出多路移相PWM波形.基于该脉冲发生器,完成了单相级联七电平逆变器的载波移相实验.实验结果表明,该脉冲发生器简化了多电平硬件电路的设计,算法程序简洁,实时性强,易于扩展.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2010(032)006【总页数】3页(P22-24)【关键词】级联;多电平;载波移相;DSP【作者】杨仁增;王海欣;黄海宏【作者单位】合肥工业大学,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,安徽,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言级联多电平逆变器作为一种新型的高压大功率逆变器，通过多电平阶梯波输出以逼近正弦电压，在得到高质量输出波形的同时，具有开关频率低，开关器件应力小，系统效率高等优点。
在级联多电平逆变器的应用中，当电平数超过5，从简化控制算法的角度，三角载波PWM法是一种较好的选择[1]。
三角载波移相PWM(Carrier Phase－Shift PWM，简称 CPS－PWM)技术能以较低的器件开关频率实现较高的等效开关频率，从而大幅度消除或抑制谐波。
CPS－PWM技术在实际应用中需要多个计数器和众多路PWM输出口，其硬件生成比较困难。
目前通用的方法用DSP+FPGA或DSP+CPLD 产生多路 CPS－PWM 波形。
[2－4]FPGA(CPLD)和 DSP 通过通讯中断来配合工作，二者通讯时钟不易同步，DSP传输给FPGA(CPLD)的数据容易丢失，很难统一各路CPS－PWM的时序。
文献[5]提出的基于中断控制的离散自然采样算法，解决了基于DSP的CPS－PWM信号生成的实时性问题，但各路PWM信号均由软件实现，DSP负担过重，信号生成程序采用汇编语言编程，可移植性差。
H桥级联多电平逆变器相移SVPWM技术的研究
Ｗ Ｍ ａ ｏ ｈ ｒ ｎ ｃａ ｄ ｈ ｇ ｏ ｔ ｇ ｔｌ ａ ｉ ｎ Ｔｈ ｏ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｓ ｐ ｅａ ｄ ｅ ｓ ｏ ｉｉａ ｅ ｌ ａ ｉｎ Ｂａ ｅ ｎ ｈ ｓ ｌｗ ａ ｍｏ ｉ ｎ ｉ ｈ ｖ ｌ ｅ ｕ ｉ ｚ ｔ ． ａ ｉ ｏ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｍｅ ｈ ｄ ｉ ｉ ｌ ｎ ａ ｙ ｆ ｒｄ ｇ ｔ ｌ ａｉ ｔ ． ｍ ｒ ｚ ｏ ｓｄ ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｏ ｂ ｉ ｇ ａ ｃ ｄ ｄ ｍｕ ｔ ｅ ｅ ｉ ｖ ｒ ｅ ，ｔ ｉ ａ ｅ ｏ ｂｎ ｓ Ｓ Ｗ Ｍ ｎ ａ ｒｅ ｈ ｓ －ｈ ｆｅ ＰＷＭ ． ｈ ｏ ｆ ｒ ｔ ｆＨ— ｒ ｅ ｃ ｓ ａ ｅ ｌｉ ｖ ｌ ｎ ｅ ｔ ｒ ｈ ｓｐ ｐ ｒｃ ｍ ｉ ｅ ＶＰ ｇ ｏ ｄ ｌ ａ ｄ ｃ ｒ ｉｒｐ ａ ｅ ｓ ｉ ｄ Ｓ ｔ
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两相两重四象限变流器的控制方法及实现
两相两重四象限变流器的控制方法及实现马驰【摘要】为实现对大功率、低开关频率变流器的控制,通过建立两相两重四象限变流器主电路的数学模型,分析变流器主电路的电气特性;在考虑线路电阻的基础上,采用电压外环和基于坐标变换电流内环的双闭环控制方法对变流器的调制电压进行控制;提出倍增控制频率的载波移相方法,可在不增加硬件设备的情况下降低牵引电网侧低次谐波的含量,并结合正弦波脉宽调制(SPWM)技术,实现对以多种开关频率工作的变流器的控制;以TMS320F28335型DSP芯片为平台,设计包括初始化程序、串行通信服务程序和定时中断程序的控制软件,并在背靠背功率互馈试验台进行验证.结果表明:采用给出的两相两重四象限变流器控制方法,能够使变流器在启动工况下的电流变化平稳,在牵引工况和制动工况下,大功率、低开关频率变流器可以单位功率因数满载运行,而且中间电压波动较小、输入电流无异常波动,大幅减少了牵引电网侧的低次谐波成分和总谐波失真率.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P95-101)【关键词】四象限变流器;控制方法;双闭环控制;电流控制;坐标变换;载波移相;控制频率;电力牵引传动系统【作者】马驰【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U264.223;U264.3近年来随着电气化铁路的发展，尤其是高速动车组及大功率电力机车的快速发展，采用四象限变流器和三相脉冲宽度调制(PWM)逆变器构成的交-直-交电力牵引传动系统已成为国、内外电力机车技术的发展趋势。
受开关器件技术条件的限制，单相单重四象限变流器在输出更大功率时其主电路仍只能选用低开关频率的开关器件，这就导致在牵引电网侧产生大量低次谐波，给牵引电网带来污染。
为解决此问题，可采用多重化四象限变流器的主电路，即将至少两重四象限变流器进行并联，并分别对每重四象限变流器的输入电流进行控制，从而达到既可减小牵引电网侧的谐波含量、亦可减半对开关器件所需承受电流的要求。
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1引言
随着电力电子技术和电力半导体技术的迅速发展，中压大功率传动设备在石
油化工、矿山开采、轧钢和冶金、运输等领域得到了广泛的应用，不仅提高了资
源的利用率，同时还降低了生产的成本，其中变频器扮演着重要的角色。虽然其
电路的拓扑结构和控制技术已经比较成熟，但多电平技术的研究仍备受大家的关
注。多电平技术避免了器件的直接串联，具有输出电压高，谐波含量低，电压变
化率小，开关频率低等优点。多电平技术实现的关键在于如何实现大量的SPWM
控制信号。本文针对这个问题进行研究和探讨，利用DSP和CPLD两大控制器来
实现多电平SPWM，并最终给出实测波形图。
2总体设计方案
2.1单元串联多电平变频器拓扑结构介绍
单元串联多电平变频器的拓扑结构简单，易于模块化，可以根据系统对输出
电压、电平数的要求确定功率单元的级数。如图1所示，七电平H桥串联逆变器
拓扑结构图，其单相电压是由三个功率单元组成，每个功率单元均为H桥逆变电
路结构，输出端依次串联在一起，并利用SPWM信号控制功率单元中开关器件的
通与断（即控制功率单元的输出），最终实现多电平电压的叠加输出。
2.2载波移相控制理论
一般来说，N电平的逆变器调制，需要N-1个三角载波。移相载波调制法中，
所有三角波均具有相同的频率和幅值，但是任意两个相邻载波的相位要有一定的
相移，其值为
（1）
调制信号通常为幅值和频率都可调节的三相正弦信号。通过调制波和载波的
比较，可以产生所需要的开关器件的驱动信号[1]。
但在数字化实现中，载波移相法一般不是由一个调制波和一组经过相移的载
波比较生成，而是由调制波和一个载波进行比较之后，再进行一定的延时得到各
个功率单元的SPWM控制信号。在本系统中采用此种方法来实现多路SPWM的控制
信号。
根据对以上概念的理解和分析，在本系统中，采用DSP+CPLD来完成多路SPWM
控制信号的实现。其中由DSP控制器实现单相电压中的第一级功率单元两桥臂控
制信号，并由CPLD来实现对这两路控制信号的移相延时，进而实现单相电压中
各个功率单元的SPWM控制信号（即移相后信号）。系统原理框图如下图2所示：
3DSP控制部分
DSP控制部分主要任务是实现单相电压中第一级功率单元的两路控制信号。
如图3所示，这两路控制信号分别控制左桥臂Q1和右桥臂Q3两开关器件的通与
断，为避免同一桥臂上的两个开关器件同时导通，使Q2和Q4控制信号分别为
Q1和Q3信号的互补信号，由于器件的动作需要一定时间，因此Q1和Q2、Q3和
Q4信号间需要增加一定的死区延时时间，在本系统中，死区延时的时间由硬件
完成。
功率单元左桥臂Q1的控制信号由三角载波与参考波（正弦波）比较得到，当参
考波大于载波时，输出高电平，Q1导通，Q2截止；反之，输出低电平，Q1截止，
Q2导通。Q1信号取反后得到Q2信号。左桥臂Q3的控制信号由互差180。的三
角载波与参考波（正弦波）比较得到，当参考波大于载波时，输出高电平，Q3
导通，Q4截止；反之，输出低电平，Q3截止，Q4导通。Q3信号取反后得到Q4
信号。载波与参考波的比较过程参考图4，两桥臂控制信号的实测波形如图5。
将参考波分别向左移或向右移动120。并与三角载波相比较便可得到其它两相电
压的第一级功率单元的控制信号。
根据对以上内容的分析，在本系统中采用了TI公司的DSPTMS320F2812作为
该部分的控制核心。其内核为32位，运行速度可以达到150MIPS，足够完成一
些较复杂的控制算法。同时其有6路独立的PWM输出、2个异步串行通讯口、16
通道12位AD输入，内置了36K的RAM和256K的Flash存储器，可以存放较大
规模的程序。在主控制电路中，只需要在该DSP的基础上配合一些简单的外围电
路即可实现所需的6路SPWM控制信号。
4CPLD控制部分
CPLD控制部分主要任务是对第一级功率单元H桥左、右桥臂控制信号进行
移相（即上文所提到的延时），进而得到以后各级功率单元的左、右桥臂的控制
信号。该部分设计的关键是信号的边沿检测和移相延时两部分。如下图6所示，
首先，CPLD对SPWM进行边沿信号检测，当检测到上升沿（或下降沿）到来后，
再进行Td时间的延时，最后输出置1（或0），以达到移相的目的。
边沿信号检测可以利用边沿触发的触发器去检测上升沿或下降沿，但是这种
方式对于边沿的检测过于敏感，系统中的一个尖峰干扰将会导致边沿检测的误
判，为解决这个问题，我们进行多次采样，比较前后几次采样的结果，再来判别
边沿是否到来。这种方法对抗干扰起到了一定的作用，增强了系统的健壮性、稳
定性。
移相延时部分最重要的是对延时时间的选择，延时时间长或短都会影响到系
统的性能，本设计中，第二级功率单元的延时时间根据公式（2）（公式内容仅
供参考）计算得到（以后各级功率单元的延时时间相应的增加Td即可）：
（2）
其中，fcn为三角载波频率，N为逆变器输出电平数。
经过CPLD移相后，A相三个功率单元的左桥臂控制信号如下图7所示，第一级
功率单元的输出如图8，图9是A相三个功率单元输出叠加后的波形。
利用DSP和CPLD相结合的方法实现载波移相多电平PWM，使单元级联型多
电平技术变得更加模块化，同时使产品的升级变得更简单化。例如，产品由七电
平设计改为九电平设计（或十一电平、十三电平等），不需要改变DSP中的程序，
也不需要改变DSP部分的硬件电路设计，只需要改变CPLD中Td的时间，并相应
的增加两路输出即可。
5总结
多电平技术的发展，需要能够产生大量的PWM信号的控制器，但传统的控制
器只能提供6路PWM信号，远不能满足要求，即使控制器可以输出多路控制信号，
在产品升级换代的时候，仍需要更改大量的代码，进行长期的调试等等，延长了
产品上市的时间。为此本文设计了基于DSP+CPLD的载波移相多电平PWM实现的
方案，该方案不仅可以输出18路PWM信号，而且稍加修改便可以输出24路、36
路等更多路PWM信号，同时，其模块化的设计思想使产品的升级换代变得更加容
易，缩短了产品的上市时间。