基于FPGA的優(yōu)化SVPWM IP核
葉文，李膺
(重慶科技學(xué)院，重慶400050)
摘要：基于FPGA，提出r一種優(yōu)化SVPWMIP核的電路實(shí)現(xiàn)方案，并通過r硬件測試。結(jié)果表明，借助簡單的接口設(shè)計，微處理器就可憑借此IP核在0．1—800 Hz基波頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制功能。此IP在有效降低功率器件開關(guān)損耗的同時，也大幅度降低了對處理器速度的要求，且處理器軟件設(shè)計簡單。
關(guān)鍵詞：FPGA；電壓矢量脈寬調(diào)制；正弦脈寬調(diào)制；開關(guān)損耗；優(yōu)化
中圇分類號：TM34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)01—0021—04
0引 言
SVPWM算法因輸出電流諧波含量小、數(shù)字化容易等特點(diǎn)在高性能系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[1]，但其數(shù)百nS的數(shù)據(jù)處理要求，迫使系統(tǒng)必須采用高速的USP甚至是雙DSP來滿足控制要求。結(jié)合FPGA數(shù)據(jù)處理速度高的特點(diǎn)，本文提出了一種在FPGA基礎(chǔ)上以純硬件方式實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)SVPWM調(diào)速控制的電路方案，它能有效降低系統(tǒng)對MCU／DSP速度的要求并使軟件設(shè)計大大簡化。采用此IP核，常用的8位MCU(如51系列)就能滿足交流電機(jī)SVPwM開環(huán)變頻調(diào)速的控制要求。
1 SVPWM算法
SVPWM算法又稱磁鏈追蹤型PWM法。它是從交流電機(jī)的角度出發(fā)，以三相正弦電壓驅(qū)動時電機(jī)定子形成的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)，研究如何控制逆變器的開關(guān)模式，才能使逆變器輸出電壓所形成的磁鏈更接近理想磁鏈圓[1]。其中，主要涉及：
1．1參考電壓矢量合成
逆變器同一橋臂上的功率器件呈互補(bǔ)的開關(guān)狀態(tài)，故三相逆變器6個功率器件有2 3，共8種工作狀態(tài)，令E橋臂器件導(dǎo)通為“1”，關(guān)斷為“0”，則這8種工作狀態(tài)可記為U0(000)、U 1(001)、U 2(010)、U 3(011)、U 4 (100)、U 5(101)、U 6(110)和U 7(111)，如圖1所示。其中包括6個幅值相等  相位互 差60。的非零電壓矢量(U1～U6)和2個幅值為零的零電壓矢量(U。，U7)，6個非零電壓矢量將理想的圓形磁鏈等分成I～Ⅵ，共6個扇區(qū)。用以產(chǎn)生圓形磁鏈的參考電壓矢量(Uref)，可根據(jù)“面積等效”原則，用上述8個電壓矢量中的一個或幾個合成獲得，常用的有三段矢量合成法，即由其所處扇區(qū)的兩個相鄰的非零電壓矢量和零電
壓矢量合成[2]，如圖2所示。 設(shè)Uref位于扇區(qū)I，則有：
上式中，Uref、U、4U6以及T、t4、t6分別為參考電壓矢量、扇區(qū)I的非零電壓矢量及作用時間；t0、t7為零電壓矢量(U0，U7)作用時間。
以Uref旋轉(zhuǎn)方向定向，相位超前電壓矢量為Ux滯后為Uy，作用時間分別為Tx、Ty，Mod為幅度調(diào)制比。由于非零電壓矢量沿αβ軸對稱分布，則各扇區(qū)內(nèi)電壓矢量作用時間的一般表達(dá)式如表l所示。
1.2電壓矢量產(chǎn)生
因矢量作用效果僅和其持續(xù)時間有關(guān)，為降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動，通常將各矢量分二次產(chǎn)生。此外為降低功率器件開關(guān)損耗，采用電壓矢量每次切換僅有一相功率器件的狀態(tài)發(fā)生變化的方式，確定各矢量的產(chǎn)生順序。依據(jù)上述原則所確定的各扇區(qū)矢量產(chǎn)生順序如表2所示。圖3為扇區(qū)I矢量產(chǎn)生情況，圖中△為PwM載波，U、V、W為三相功率器件的PWM控制信號。
1．3電壓空間矢量算法優(yōu)化
(1)降低諧波電流
減小PwM信號周期T，即提高系統(tǒng)采樣頻率有助于降低輸出 |
