[发明专利]基于FPGA的多路移相PWM波生成电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的多路移相PWM波生成电路。

背景技术

近年来，随着电力电子器件的飞速发展，电力电子装置越来越多的应用于高压大容量场合，采用传统两电平电路很难满足高压大容量装置的要求。为了进一步提高电力电子装置的容量及电压水平，高压大容量电力电子装置主电路结构大多采用功率单元串、并联多重化结构。

对于采用功率单元串、并联多重化结构的电力电子装置，例如图1中所示的链式H桥单元结构，需采用多路移相PWM波生成技术动态生成不同控制宽度的PWM信号，该技术的基本功能原理为，将多个三角载波依次错开一定角度后与正弦调制波进行比较，从而产生出各个功率单元的驱动信号。同时，产生相应的控制信号，配合数字控制器的时序操作及分时算法实现。

由于多重化结构的电力电子装置往往具有较多功率单元，传统的数字控制芯片如DSP等很难实现多路移相PWM波生成，而采用定制芯片成本较难控制。这就需要一个硬件可编程、接口可灵活配置、运算速度快并且成本较低的器件，FPGA正符合这些要求。设计一个简单、高效、实用的多路移相PWM波生成模块是非常有实用价值的。

经检索，公开号为102427349A的中国发明专利中公开了一种基于FPGA的PWM脉宽调制电路，该电路由FPGA、RC滤波电路以及电压比较器实现，具有灵活度更高、实时调节性能更好、抗温度变化能力更强，不需要使用传统的PWM专用电路等优点。但是其PWM波形生成模块没有考虑多路PWM信号的同步及相移角度问题，无法应用与采用功率单元串、并联多重化结构的主电路结构中，同时，该方法也没有提供从PWM发生器到控制器的同步信号，无法实现中断控制。

公开号为1102904419A的中国发明专利中公开了一种三相PWM波FPGA产生装置，其设计了从PWM发生器到控制器的同步信号，功能较完善，能够在电力电子变换器中得到可靠、方便的应用。但是其仅能发生6路PWM信号，并且没有考虑多路PWM信号之间的相移角度，并不能应用于采用功率单元串、并联多重化结构的主电路结构中。

公开号为103178815A的中国发明专利中公开了一种基于FPGA的PWM发生器，其载波频率、死区时间、使能信号均可以依照系统的需要进行设计，应用范围广泛且可灵活应用于各种各样的场合。但是其三角载波发生单元一直产生一个三角载波，送入每一个PWM信号产生单元用于比较，这样，实现多路PWM信号的相移就必须通过DSP控制器从数据总线传送多路占空比数据，对DSP控制器资源及总线资源占用较高。

故而，现有的基于FPGA的PWM发生装置在采用功率单元串、并联多重化结构的电力电子装置中的应用受到一定限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种精度和稳定性较高、占用资源小、适用于采用功率单元串、并联多重化结构中的基于FPGA的多路移相PWM波生成电路。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于FPGA的多路移相PWM波生成电路，与数字控制器相连接，其包括基于FPGA的若干个PWM发生单元和一个与各个所述的PWM发生单元相连接的控制信号单元；

每个所述的PWM发生单元包括根据设置参数产生三角载波信号的时基计数器、与所述的时基计数器相连接并根据所述的三角载波信号和由所述的数字控制器传递的调制波数据产生同步短脉冲信号和调制波信号的同步信号发生器、与所述的时基计数器和所述的同步信号发生器相连接并比较所述的三角载波信号和所述的调制波信号而生成PWM信号的PWM比较器；

所述的控制信号单元包括与各个所述的PWM发生单元中的所述的同步信号发生器相连接并将各同步短脉冲信号整合为一路同步综合信号以控制所述的数字控制器的同步信号整合电路、与各个所述的PWM发生单元中的所述的同步信号发生器相连接并将各同步短脉冲信号对应转化成多路同步脉冲电平信号以供所述的数字控制器分辨各个所述的PWM发生单元的同步信号筛选电路。

上述方案中，所述的时基计数器通过FPGA程序模块参数初始化配置，实现三角载波信号的周期值和相移角度的设置。

所述的时基计数器根据三角载波信号的周期值和相移角度的参数设置，通过增减计数方式产生所述的三角载波信号。

所述的同步信号发生器在所述的三角载波信号处于零点或对称中点时产生短脉冲而构成所述的同步短脉冲信号。

所述的同步信号发生器包括同步信号计数器，其采用减计数方式产生所述的短脉冲形成所述的同步短脉冲信号。