基于FPGA的正弦信号发生器模块的设计.doc

绪论 1.1 选题背景和研究意义 1.1.1 背景 ，电源已经电子技术必的一种形式像国防、环境、交通、医疗、工业、科研、宇宙探索等等这些领域都应用电源。也可以这么说任何的设备都离不开电源。然而，公用电网提供的交流电多的用电设备直接得到各自所需的电能形式1]。用电设备的稳定度幅值、频率、及其变化方式如医用电源、充电器等2]。这些电源所使用的电能都是变换后得到的对原始电能进行整流和逆变等3]。电源的应用之广已经深入我们的衣食住行、文化娱乐。电能是人类社会最伟大的发明之一。电源人类最重要的能源形式。全控型开关器件的发展，电力电子变流技术脉宽调制技术如高功率因数整流直流开关电源、交-直-交变频系统交-交变频、UPS电源等电力电子技术的领域，大多都采用PWM的技术进行控制。 直流正弦波三角波锯齿波利于降低逆变时的失真。模拟电路难以调节庞大、昂贵。数字模拟电路控制，成本功耗。此外，微控制器PWM进行结合，数字控制的实现变得更加容易。 1.1.2 本课题研究的意义 FPGA（现场可编程门阵列）是一个大型的可编程的硬件平台，这是对全定制ASIC的基础上发展起来的，也可以说是集成的可编程ASIC的复杂性程度最高。它是作为专用集成电路FPGA全定制ASIC克服原编程器件门电路数有限的。的数字软件控制 同时，传统设计采用自上而下设计风格三个层次的硬件描述，VHDL等硬件描述语言进行设计。三个层次描述混合仿真，进行数字电路设计。 FPGA中央处理单元(Central Processing Unit，即CPU，又称微处理器)、专用硬件算法单元Special hardware algorithm unit）、信号采集处理单元ignal acquisition and processing unit）、专用波形发生单元pecial waveform generator unit）?等电路的维修1.1.3 FPGA在逆变控制上的优势FPGA/CPLD设计流程图 FPGA/CPLD的用途极广,采用积木式结构，一个芯片复杂的数字控制规模大灵活性速度快设计开发简单。 1.2 本课题的主要研究工作 设计一个正弦波变频电源1. 负载电流3A；电压36V；该处负载为阻性2.电压波形正弦波，示波器观察失真 3当负载电流0.5-3A区间、输入电压198-242V区间时，输出电压36V，误差5%以内； 4.当过流保护功能电流值达3.6A时，负载缺相保护不对称保护，输入交流电源。 本利用FPGA的特点优势，基于SPWM技术的三相正弦变频电源的设计，着重逆变器部分。 论文设计和研究内容: 第1章 绪论。简述的背景和主要研究内容及FPGA在逆变控制上优势。 第2章 变频电源主电路的研究。介绍逆变的变频电源拓扑结构。 第3章逆变整流、斩波等模块电路的设计，以及模块选择器参数计算驱动电路的设计。 第4章 FPGA控制系统的设计。FPGA系统设计理论流程VHDL硬件描述语言。按照设计流程VHDL语言系统对每个模块进行描述QuartusII进行系统综合， 实现FPGA，果。 逆变电源的总体结构及控制方案 2.1 逆变电源的结构 结构变频器，交-直-交变频和交交变频两类。 交-直-交变频直流环节。交流电整流直流频率的交流 相对于交-直-交变频交交变频工频交流电直接为的交流电变频器开关设备晶闸管，过零，晶闸管直接连接到交流电源，自然地关闭低频输出正弦波。交交变频器一次变流，效率四象限与控制整流器，且简单效果理想。大功率但的电路，输出频率供电频率限制，，起动转矩要求高低速大功率传动交流异步电机调速。 变频电源 图 21 逆变电源系统方案 研究变频电源主要是通过整流器、斩波器、逆变器三模块其核心部分是逆变电路控制电路控制回路产生和调节脉冲信号驱动电力电子开关器件直流电换为交流电逆变。2.1.1 功率器件介绍选型 电力电子动力设备功率器件通常但它的性能。 一个理想的功率器件理想静态和动态特性在时能承受高电压，电流在开关转换时，开关切换时，它有一个短的开启和关闭时间，临界电压上升率和临界电流上升率。 PWM方案逆变器，不可控整流。因为晶闸管整流器，PWM网侧功率因数，。因此AC/DC电路电力二极管。 其它元器件，GTR和GTO是双极型元件，导通阻断，但驱动电流大。MOSFET器件具有良好的阻抗热稳定性，其DC/AC电路的开关器件。IGBT绝缘栅双极晶体管MOSFET和GTR的优点，即阻抗热稳定性导通阻断电路简单选DC/DC的开关器件6]。 2.1.2 电路模块介绍 1.AC-DC模块 逆变电源的主电路可以输入直流或交流电源。当一个交流输入除了在交流方面需要考虑电磁干扰滤波处理,还需要整流和滤波得到合适的直流电源,直流输入时通常从直流电源,电池,直流发电机。如果输入的直流电源是相对较大的可以