基于fpga的交流电源的设计1

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1、《基于FPGA的数控交流电源的设计》Page5of5基于FPGA的数控交流电源的设计王彦谭先锋田丹丹（南华大学电气工程学院湖南衡阳421001）摘要：本文介绍了利用FPGA来设计数控交流电源，使输出为频率和幅值可调的正弦交流电压，给出了SPWM逆变控制的源程序。利用VHDL硬件描述语言编程实现PWM信号和SPWM信号的产生并下载到Xilinx公司的SpartanⅡ系列的XC2S2005PQ-208目标芯片上调试通过。产生的交流电压成正弦规律变化，波形系数好，频率和幅值调节方便，输出电压范围是0～200V，频率可达25KHz。关键字：FPGA，SPW

2、M信号，VHDL，逆变控制中图分类号:TP332.3文献标识码:BDesignoftheNumericalControlACPowerSupplyBasedonFPGAWangyanTanXianfengTianDandan(ElectricEngineeringCollegeNanHuaUniversityHengyang421001Hunan,China)Abstract：ThispaperintroducesthedesignoftheNumericalControlACPowerSupplywhichcangenerateafrequenc

3、yandrangeadjustablesineACVoltageandgivesthesourceoftheprogramofgeneratingSPWMsignal.TheprogramofgeneratingthePWMandSPWMsignalciscompiledbyVHDLandrealizedinthechipofXC2S2005PQ-208,SpartanⅡSeries,XilinxCo.Thevoltagegeneratedcanchangeinsineruleandiseasilycontrolled,therangeofthev

4、oltagegeneratedis0to200Vandthefrequencycanreach25KHz..Keyword：FPGA,SPWMsignal,VHDL,invertingcontrol1.系统组成基于FPGA的数控交流电源主要组成部分是斩波电路和逆变电路。图1为其系统组成框图。输入交流电压首先经整流滤波后得到固定直流电压，再经斩波电路得到可变直流电压，最后经SPWM逆变电路使其输出为一幅度和频率都可调的成正弦规律变化交流电。改变幅值通过改变PWM信号的占空比来实现，而频率是通过改变SPWM信号的频率来实现。PWMFPGA整流滤波斩波（

5、IGBT）逆变（MOSFET）驱动（EXB841）驱动（TLP250）PWM信号SPWM信号220V固定可调f,V可调交流直流DC的交流电作者简介：王彦（1971-）,男,湖南衡阳人,南华大学电气工程学院讲师,硕士.研究方向:主要从事单片机与PLD数字集成电路开发及应用技术研究.联系地址：湖南衡阳南华大学电气工程学院（邮编：421001）联系电话：0734—8280306或：13707348144E-mail：wangyan5406@tom.com或：zoliju@yeah.net《基于FPGA的数控交流电源的设计》Page5of5图1系统组成框图

6、信号是由FPGA产生的一个占空比可改变的方波信号，用来控制IGBT的导通时间，很容易实现，限于篇幅，不详细介绍。逆变电路由四个MOSFET管组成，由FPGA产生的SPWM信号来控制其交替导通的时间，而改变其频率就可以改变输出电压的频率。3．SPWM信号的产生SPWM（正弦波脉宽调制）的原理图如图2所示。其控制思想是利用逆变器的开关元件，由控制线路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉宽基本上按正弦分布，以此脉冲来等效正弦电压波形。如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等

7、高矩形脉冲来代替，就得到了图中所示的脉冲序列。用该序列来控制开关管的导通和关断，输出的交流电压就按照正弦规律变化。相关软件采用VHDL硬件描述语言编写。可以将硬件的功能全部在软件上实现。设计分为频率设定、固定分频、可变分频和SPWM信号存储四个进程。对频率的设定可以通过“＋”“－”两个按键来完成，可分别控制频率增加或减小，其实改变的是可变分频进程中的分频系数，该分频系数的范围是0～255。在这里我们将初始状态的分频系数设为125（可根据需要改变）。固定分频是由于所采用的实验箱晶振频率为32MHz过大，因此首先对其进行一次分频得到1MHz的脉冲。可变

8、分频的目的是产生一系列频率可调的方波，以此作为SPWM信号产生的时钟信号，通过改变这个频率来改变SPWM信号的频率。例如设