PWM 比較器的功能

還是以本系列文章中，用到的三相兩電平逆變器為控制對(duì)象。下圖是正弦波調(diào)制（SPWM）的三相兩電平逆變器的波形。

輸入的是三相的正弦波信號(hào)，三角載波與正弦信號(hào)波進(jìn)行比較，當(dāng)正弦信號(hào)波的值大于三角載波的值，輸出“1”，否則，就輸出“0”；PWM比較器一共生成6個(gè)PWM信號(hào)，控制6個(gè)IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷。PWM比較器輸出“1”控制IGBT開(kāi)通，“0”信號(hào)IGBT關(guān)斷?？刂颇孀兤鬏敵龅娜嘞嚯妷汉腿嗑€電壓如下圖所示。

對(duì)于三相兩電平逆變器，為了防止上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通而短路，PWM比較器還需要插入死區(qū)時(shí)間。

此外，為了讓電流、速度和位置采樣與PWM占空比的更新同步，以及控制器算法模型的觸發(fā)運(yùn)行，必須還有中斷觸發(fā)信號(hào)生成功能。

因此整個(gè)PWM比較器包括四部分:

(1) 三角載波生成；

(2) 信號(hào)比較，生成PWM控制信號(hào)；

(3) 插入死區(qū)時(shí)間；

(4) 中斷觸發(fā)信號(hào)生成；

正弦波調(diào)制（SPWM）的三相兩電平逆變器的波形

三角載波生成

因?yàn)槿禽d波生成的模型是在FPGA中運(yùn)行的，因此數(shù)據(jù)類(lèi)型需要整型。

最方便的方法就是使用Simulink的HDL Coder模型庫(kù)中的HDL Counter模塊。通過(guò)控制輸入端口dir控制HDL Counter模塊的計(jì)數(shù)方向。

HDL Counter模塊

示例模型如下：

三角載波生成的Simulink模型

仿真步長(zhǎng)為1e-8，Relay 模塊的Switch on point為10000，Switch off point為0，輸出“0”或者“1” 控制HDL Counter模塊的計(jì)數(shù)方向，生成0~10000的三角波，頻率為5kHz。

三角載波信號(hào)

PWM 信號(hào)生成

三角載波與信號(hào)波進(jìn)行比較，當(dāng)信號(hào)波的值大于三角載波的值，輸出“1”，否則，就輸出“0”；PWM比較器一共生成6個(gè)PWM信號(hào)，控制6個(gè)IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷。

此功能的Simulink模型如下：

PWM信號(hào)生成的Simulink模型

死區(qū)時(shí)間

通常死區(qū)時(shí)間的插入通過(guò)增加PWM信號(hào)的開(kāi)通延時(shí)實(shí)現(xiàn)的。

簡(jiǎn)單說(shuō)就是：如果PWM信號(hào)由“1”變“0”，即由開(kāi)通變?yōu)殛P(guān)斷，則馬上關(guān)斷；如果PWM信號(hào)由“0”變“1”，即由關(guān)斷變?yōu)殚_(kāi)通，則延時(shí)T_delay再開(kāi)通；此功能的Simulink模型如下，C_delay端口為輸開(kāi)通延時(shí)計(jì)數(shù)值。

死區(qū)時(shí)間的Simulink模型

中斷觸發(fā)信號(hào)生成

此功能比較簡(jiǎn)單，Simulink模型如下圖所示，在三角波的底點(diǎn)和頂點(diǎn)都產(chǎn)生中斷，如果只在底點(diǎn)或者只在頂點(diǎn)，可以根據(jù)需要修改即可。

中斷觸發(fā)信號(hào)生成的Simulink模型

以上模型皆可以通過(guò)Simulink的HDL Coder工具生成HDL代碼，部署至Speedgoat的FPGA板卡。