基于FPGA的三阶SPWM逆变控制器研究

论文摘要

正弦波逆变器广泛应用于电力、邮电、通信、航天等各个领域,而且随着微机技术的不断发展和普及,正弦波逆变器的应用将越来越广。SPWM逆变控制器是正弦波逆变器的核心中枢,其性能直接决定了逆变器的性能。目前,正弦逆变器的数字控制通常采用DSP等来实现。DSP等常用处理器方法是通过软件编程使任务串行工作,任务越复杂执行时间越长。而FPGA方法是通过编程调用更多逻辑块并行工作,任务越复杂调用的逻辑块越多。为适应高性能多功能逆变器领域的需求,提出了一种基于FPGA的SPWM逆变控制器设计方法,并利用Altera公司的EDA工具QuartusⅡ,采用自顶向下的设计方法对该控制器进行了设计。首先,根据控制器的功能,将设计分解为几个模块;再对各个模块分别进行设计和仿真,然后对控制器顶层电路进行设计和仿真,最后将程序下载到FPGA芯片EP2C5Q208C8N中,用示波器观察控制器的输出波形。该控制器具有输出脉冲精确稳定、动态响应速度快、易于功能扩展和升级、易修改和移植、可现场编程等特点。为了验证设计的SPWM逆变控制器的功能及性能,研制了一台全桥SPWM逆变器样机,分别设计了其脉冲变压器驱动电路、电压采样电路、过流保护电路和滤波电路等。在SPWM逆变控制器的控制下对逆变器的各项功能及性能进行了实验测试。实验结果证明了理论分析的正确性和提出方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景和研究意义
• 1.2 逆变技术的发展过程与现状
• 1.3 逆变器的分类
• 1.4 本文的主要内容
• 2 PWM 逆变器的组成和原理
• 2.1 逆变器的基本组成及技术指标
• 2.1.1 逆变器的基本组成
• 2.1.2 逆变器的技术指标
• 2.2 逆变器的PWM 调制技术
• 2.2.1 PWM 调制技术及其分类
• 2.2.2 SPWM 波形成的方法
• 2.3 SPWM 逆变器
• 2.3.1 二阶SPWM 逆变器
• 2.3.2 三阶SPWM 逆变器
• 2.4 SPWM 调制技术的调压性能分析
• 2.5 本章小结
• 3 基于FPGA 的三阶SPWM 逆变控制器的设计
• 3.1 FPGA 简介
• 3.1.1 FPGA 器件简介
• 3.1.2 CycloneⅡ系列FPGA 器件
• 3.1.3 FPGA 设计流程
• 3.2 三阶SPWM 逆变控制器的设计
• 3.2.1 参数设置模块
• 3.2.2 标准正弦波发生器模块
• 3.2.3 三角波发生器模块
• 3.2.4 比较器模块
• 3.2.5 PID 模块
• 3.2.6 A/D 转换模块
• 3.2.7 输入及显示模块
• 3.2.8 控制器的整体仿真
• 3.3 管脚分配及程序下载
• 3.4 本章小结
• 4 逆变控制器应用实例与实验验证
• 4.1 逆变器系统电路组成及技术指标
• 4.1.1 逆变器系统电路组成
• 4.1.2 逆变器的技术指标
• 4.2 逆变器系统关键电路设计
• 4.2.1 脉冲变压器驱动电路
• 4.2.2 电压采样电路
• 4.2.3 过流保护电路
• 4.2.4 滤波电路
• 4.3 逆变器的主要元件选择
• 4.4 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录