基于fpga控制的三相变频电源系统的设计

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1、江苏大学硕士学位论文摘要本课题主要是进行变频电源软硬件系统的设计，采用可编程逻辑器件FPGA做为变频电源的主控芯片。传统的微处理器如51系列单片机，由于指令功能不强，处理速度慢，乘除法指令周期过长，外围电路数据转换速度慢等缺点，使变频电源的性能得不到充分的发挥，难以实现现代工业对变频电源高精度、实时性的要求。本课题中，采用了高速度、高性能的FPGA和高频开关管IGBT，采用了直接数字频率合成技术(DDS)和分段同步控制方式，变频电源的输出波形具有高频率、高精度、畸变小、实时性以及调频范围宽等特点。本课题的硬

2、件主要由逆变主电路系统和FPGA控制电路系统构成，包括FPGA控制电路、三相逆变驱动电路、A／D采样电路、互感器电路、辅助电源电路、调压整流电路、滤波及缓冲电路等。由FPGA控制电路输出六路PWM信号(PWMl．PWM6)来控制逆变器的IGBT通断，通过电流电压互感器对输出进行反馈，再经A，D转换器进行采样，传给FPGA控制电路来调节输出，构成闭环控制系统。反馈信号一方面用于调节输出；另一方面则用于各种保护。本课题的软件设计是编写VerilogHDL代码，利用FPGA的逻辑门、UJT单元、lP核、存储器、时

3、乍-hh(DMC)等资源，生成DDs(调制波)模块、三角波载波模块、三相正弦波与三角波比较模块、删除模块、死区模块、Pl调节控制模块、故障(过流／过载、过／欠压等)检测及保护封锁模块、硬件看门狗模块、压频控制模块、A，D控制模块、互感器控制模块、六路PWM脉冲及相关算法电路模块，并将完善键盘和显示控制模块、与上位机串口通信模块。最后，将软硬件系统联合调试，经验证，软件及硬件系统都达到了预期的目标，实现了基本功能，效果较好。本课题把所有的控制电路都集成在FPGA中，减少了PCB面积，提高了系统可靠性、降低了成

4、本。变频电源为用电设备提供了各自所需的电能形式，其广泛应用逆变技术，具有高效灵活、节能环保、节约材料、动态性能好等特点。大力发展变频电源事业，对国家提倡的“低碳经济和清洁I。l厶匕BIG源”战略具有重要意义。关键词：FPGA可编程逻辑，逆变，DDS直接数字频率合成器，SOPC片上可编程系统，J下弦脉宽调制ABSTRACTThemainobjectiveofthistopicforvariablefrequencypowersystemishardwareandsoftwaredesign，beinguseo

5、fFPGAforcontrolofvariablefrequencypowersupply．Conventionalmicroprocessor,suchasthe51series，isnotstrong，becauseoftheirweakcommandfunctions，slowprocessingspeed，longmultiplicationanddivisioninstructioncycle，slowtheexternalcircuitdatatransferspeed，etc．Theperfo

6、rmanceofvariablefrequencypowersupplycannotfullyplay,becauseoftheseshortcomings．Itisalsodifficulttorealizethepowerofmodernindustryonthefrequencyrequirementsofreal—timecontrol，buthigh-performanceFPGA(orDSP)havebeenresolvedtheseissues．AstheFPGA‘Shighspeed，hig

7、hperformanceandhighfrequencycharacteristicsoftheswitchIGBToftheexperimentalinverter,andtheuseofdirectdigitalfrequencysynthesisDDS，etc．，SOthepoweroutputwaveformishi曲．frequency，high—quality,high—precision，real·timeandwidefrequencyrange：andsub．controlmethodus

8、edtomakeverygoodhighandlowfrequencywaveformS．ThisfrequencyconversionsystemiScomposedofinvertermaincircuitsystemandtheFPGAcontrolcircuitsystem，includingtheFPGAdevelopmentboard，inverterdrivecircuit，A／Dsamplingc