[发明专利]一种基于FPGA的变开关频率脉宽调制实现方法

说明书

本发明提供了一种基于FPGA的变开关频率脉宽调制实现方法，该方法根据调制波频率的不同，从而动态改变开关频率，实现最优的开关频率选择，减小开关损耗，延迟设备使用寿命。该方法的主要实现步骤是：1、FPGA接收DSP发送的调制比、基础频率以及频率正负；2、FPGA对接收的调制比、基础频率以及频率正负进行处理，获得门极触发脉冲；3、实时输出门极触发脉冲，实现功率开关器件的通断控制。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的变开关频率脉宽调制实现方法。

背景技术

随着航空、航天、轨道交通等领域科技的不断进步，脉宽调制技术在自动化过程中越来越产生着至关重要的作用。大多数电机控制系统都是基于DSP+FPGA架构的控制系统，该控制系统以DSP和FPGA为核心处理器件，针对电机控制中的实时控制、高精度等具体问题，规划在DSP上实现电机控制算法，在FPGA上实现脉宽调制和脉冲输出功能。基于DSP+FPGA架构的电机控制系统将DSP浮点数处理优势和FPGA高速数据处理能力以及并行执行功能的优点相结合，很好的满足电机控制的实时性和高精度要求。

通常情况下，电机在低转速运行时，需要较高的开关频率才能保证输出良好的圆形磁链，同时具有较低的谐波含量。而在电机高转速运行时，不需要非常高的开关频率就可以实现圆形磁场跟踪和低谐波含量。

但是，现有的电机运行过程中，无论电机是以低转速运行还是高转速运行，都是采用较高的开关频率实现电机的控制，使得开关损耗比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于FPGA的变开关频率脉宽调制实现方法，根据调制波频率的不同，从而动态改变开关频率，实现最优的开关频率选择，减小开关损耗，延迟设备使用寿命。

本发明的基本实现原理是：

在基于DSP+FPGA架构的电机控制系统中，DSP计算得到脉宽调制所需的调制波数据：调制比、基础频率、频率正负等数据，并将这些数据通过总线输出至FPGA。FPGA根据这些数据生成三相调制波信号和三角载波，通过两者比较之后，得到控制功率开关器件通断的门极触发脉冲信号。

本发明的具体实现方案是：

本发明提供了一种基于FPGA的变开关频率脉宽调制实现方法，具体包括以下步骤：

步骤1：FPGA接收DSP发送的调制比、基础频率以及频率正负；

步骤2：FPGA对接收的调制比、基础频率以及频率正负进行处理，获得门极触发脉冲；

步骤2.1：根据调制比、基础频率和频率正负生成调制波；

步骤2.2：根据基础频率和线性化关系，计算载波开关频率，生成三角载波；所述线性化关系的表达式为：

y＝b-kx；

k＝(b-a)/a；

其中，x为基础频率，y为载波开关频率，k为线性化系数，b为最大有效开关频率；a为电机最大同步频率；

步骤2.3：根据对生成的调制波和三角载波进行比较，得到门极触发脉冲；

步骤3：实时输出门极触发脉冲，实现功率开关器件的通断控制。

进一步地，上述步骤2.2)根据基础频率和线性化关系，计算载波开关频率时，k是通过FPGA调用乘法器，且利用泰勒算法运算得出。

进一步地，通过泰勒算法运算k时，具体计算公式为：

本发明的有益效果是：