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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～L，逆变控制 中图分类号:TP332.3 文献标识码:B Design of the Numerical Control AC Power Supply Based on FPGA Wangyan Tan Xianfeng Tian Dandan (Electric Engineering College NanHua University Hengyang 421001 Hunan,China) Abstract：This paper introduces the design of the Numerical Control AC Power Supply which can generate a frequency and range adjustable sine AC Voltage and gives the source of the program of generating SPWM signal. The program of generating the PWM and SPWM signal c is compiled by VHDL and realized in the chip of XC2S2005PQ-208, SpartanⅡSeries, Xilinx Co. The voltage generated can change in sine rule and is easily controlled, the range of the voltage generated is 0 to 200V and the frequency can reach 25KHz.. Keyword：FPGA, SPWM signal, VHDL, inverting control 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信号的频率来实现的。PWM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， 220V 固定 可调 f,V可调 交流 直流 DC 的交流电 图1 系统组成框图 以产生一个大小可控制的直流电压，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， 通过FPGA产生的SPWM信号来控制其交替导通的时间，而改变SPWM信号的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～library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity dspwm is Port ( clk,reset,add,sub: in std_logic;spwm,disspwm:out std_logi