基于SOPC的SPWM脉冲发生器的实现

随着电力电子开关器件及技术的不断发展，SPWM(正弦波脉宽调制)技术在逆变控制领域得到广泛应用。传统的SPWM驱动芯片速度慢、不够灵活，存在着电路设计复杂、体积大、抗干扰能力差、设计周期长等缺点，对于许多有特殊要求的场合，由专用芯片很难满足实际的要求，因此，本文采用Ahera公司的EP2C35F672C8N开发一种基于可编程片上系统的SPWM脉冲波形电路，SOPC技术将微处理器和SP-WM波形电路整合到一块FPGA器件当中。可编程的片上系统SOPC(System 0n Programmable Chip)是一种特殊的嵌入式系统，首先它是片上系统(SOC)，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统中可编程的功能。SOPC设计是以IP(Intellectual Property Core)核为基础的，以硬件描述语言为主要设计手段，借助于以计算机为平台的EDA工具进行的。SOPC具有可靠性高、功耗低、保密性强、程序设计灵活等特点，在电子产品设计中得到广泛的应用。在系统中，利用数字化自然采样法实现SPWM脉冲。文中利用DDS(直接数字式频率合成器)技术，产生正弦调制波，然后与三角载波比较产生SPWM脉冲波。1 SPWM产生原理 正弦脉宽调制(SPWM)技术，就是产生与正弦波等效的一系列等幅不等宽矩形脉冲波形。实现SPWM调制的方法很多，采样型SPWM法是其中较常用的一种方法，它分自然采样法和规则采样法。自然采样法是目前最好的一种SPWM实现方法，因为利用这种方法所得到的SPWM波形最接近正弦波，而数字化自然采样法是用数字电路实现自然采样法的方法，并且数字化自然采样法的调制效果可以和自然采样法的调制效果相逼近。本设计中采用数字化自然采样法，即SPWM脉冲产生方法采用正弦调制波与三角载波相比较的传统方法，但是正弦调制波、三角载波和比较逻辑等均采用基于FPGA的数字化方法来实现。图1所示为SPWM波产生方式示意图。通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制波相交时，如果在交点时刻对电路中的开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合正弦脉宽调制的要求。

本文引用地址： 基于SOPC的SPWM波形的实现 SPWM脉冲发生器的SOPC系统框图如图2所示。其中，Nios处理器是Ahera公司免费提供的32位CPU，作为软核嵌入FPGA中，作为整个SOPC系统的中央处理单元，Nios之外的各个模块接到Avalon总线上，通过Avalon总线进行数据交换。

图2中，SPWM模块由频率变换、正弦调制波生成、三角载波生成、幅度调节、数据比较、死区时间这6部分组成。功能是按设定的载波比和调制度，输出符合要求的高精度高稳定性的SPWM脉冲波；SRAM为系统提供程序运行空间和数据存储空间。在QuartusⅡ的SOPC Builder中实现，生成SRAM控制器；Flash电路用于存储FPGA的配置文件和NiosⅡ的软件代码；按键、LCD液晶显示电路通过按键对载波比和调制度进行设定，通过Nios处理器将设定参数送至SPWM模块，使之产生相应参数的脉冲波。LCD则显示系统当前工作状态的参数设置。

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