基于FPGA的三相同步SPWM波形发生器的设计(含仿真图)

基于FPGA的三相同步SPWM波形发生器的设计(含仿真图)(9300字)
摘要：
本课题为企业合作预研项目“模块化船舶消磁电源柜”的一部分。电源模块是模块化电源柜的基本组成单元，它采用AC-DC-DC的基本开关变换结构。为满足该消磁电源柜对电磁兼容性和输入电流总谐波畸变率的要求，并获得较高的功率因数，开关电源模块的整流（AC-DC）环节采用了高频整流电路。
高频整流电路的控制需要与输入交流电压同步的SPWM开关控制信号，并且其相位可控、开关频率可调。目前尚未见有适用的同步SPWM发生器产品（IC），需要自行设计开发。
本课题拟针对消磁电源模块高频整流电路的需要，基于FPGA设计满足系统要求的专用同步SPWM发生器。利用仿真软件，完成三相同步SPWM波形发生器的设计与仿真，实现其基本功能。并选择适当的FPGA芯片，完成所设计电路的下载调试，并根据调试结果对电路设计进行改进与完善。

关键词： 高频整流  FPGA  面积等效法 SPWM

毕业设计（论文）外文摘要

Title   Three-phase Synchronous SPWM Waveform Generator Design Based On FPGA                    
Abstract
The topic is part of the cooperation project modular ship degaussing power cabinet. The power module is a module power supply cabinet composed of the basic unit,which uses the AC-DC-DC basic switching structure.In order to meet the degaussing power cabinet of the electromagnetic compatibility and the total harmonic distortion rate requirements,and to obtain high power factor rectifier,switching power supply module(AC-DC)link to use the high frequency rectification circuit.
High frequency rectification circuit control need the SPWM switch control signal that synchronous with the input AC voltage.And the phase of the signal can be controlled and the switch frequency can adjustable.At present,there is no suitable SPWM synchronous generator(IC),so it needs to design their own development.
In this paper，meeting the need of the degaussing power module high frequency retification circuit on FPGA,this paper will design the synchronous SPWM genetor.
By using the simulation software,this paper complete the synchronous SPWM waveform generator design and simulation to achieve its basic function.And through the choice of the appropriate FPGA chip,I will complete the design circuit debugging,and according to the results of debugging the circuit design for improvement and perfection.

Keywords:High frequency rectification   FPGA    Area equivalent   SPWM

本文的研究内容
本课题为企业合作项目“模块化船舶消磁电源柜”的一部分，该电源柜采用模块化的AC-DC-DC的基本开关变换结构。电源柜的输入380V交流电经过高频整流，ZVZCS移相桥，高频变压器，整流滤波，极性转换/隔离电路五个环节，得到可调的直流输出。其中的高频整流可以降低整流电路的谐波污染，提高电路的电磁兼容性。高频整流采用IGBT（导通和关断的控制非常重要，决定着谐波大小）作为功率开关管，构建桥电路，完成交流到直流的变换。本课题即为设计产生满足要求的IGBT栅极的输入，以此来控制IGBT导通与截止的SPWM波形。
本课题拟针对消磁电源模块高频整流电路的需要，基于FPGA设计满足系统要求的专用同步SPWM发生器。并要求波形发生器具有与上位机（嵌入式控制器）的接口，通过此接口，可以控制波形输出的启停、设定SPWM波形的开关频率（开关频率调节范围为6~18kHz）和相位（相对于同步输入信号的相位调节范围为-30~+30°）。
本课题分为硬件设计和软件设计。硬件设计主要是FPGA器件的选择及外围电路的设计。而通过Xilinx公司的ise 9.1对FPGA进行VHDL语言编程的软件设计为研究的主要部分：通过分析课题所要完成的任务，将其进行基本模块的划分，对各个模块进行基本编程，最后组合实现波形发生器的功能，并通过模拟和仿真，进一步完善程序。最后在适当的FPGA芯片上，完成所设计电路的下载调试，并根据调试结果对电路设计进行改进与完善。

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目    录
第一章  绪论    1
1.1 研究背景    1
1.2 国内外研究现状    1
1.3 本文的研究内容    3
第二章 SPWM的产生原理    3
2.1 SPWM波    3
2.2 产生SPWM的方法比较    4
2.3 面积等效法的原理    5
2.4本章小结    5
第三章 三相同步SPWM波形发生器的总体设计    5
3.1 总体设计    5
3.2 外围电路的设计    6
3.3 本章小结    7
第四章 三相同步SPWM波形发生器的软件设计    7
4.1 单相固定频率SPWM波形发生器    7
4.2 实现调频的SPWM波形发生器    10
4.3 实现调相的SPWM波形发生器    14
4.4 单相SPWM波形发生器    14
4.5 本章小结    17
结  论    18
参 考 文 献    19
致  谢    21