基于FPGA的SPWM 变频系统设计

1、基于FPGA的SPWM 变频体系方案摘要:为淘汰电磁法仪发射和吸收波的谐波畸变率,以fpga为操纵焦点,方案了机动的sp(正弦脉宽调制)变频体系。体系按照sp天然采样法原理,使用硬件形貌语言方案了正弦波调制模块,使用数字滤波器消除体系滋扰。将体系用来操纵电磁法仪器中发射机的发射,发射的数据经滤波后传到上位机上表现,得到更稳定的正弦波信号,大大淘汰了谐波畸变率。关键词:fpga;sp;电磁法;发射机中图分类号:tp316文献标识码:a文章编号:1004-373x(2022)01-180-03designfspinvertersystebasednfpgahuangyun,yangzunxian(

2、fuzhuuniversity,fuzhu,350002,hina)abstrat:frreduingtheharnidistrtinrateftransittingandreeivingavefeletragneti,asystefspbasednfpgaisdesigned.thesysteinardaneiththepriniplefnaturalsaplingfsp,usinghardaredesriptinlanguagetdesignsinusidaldulatindule,usingdigitalfiltersteliinateinterferene.afterfiltering

3、,dataistransittedtp,asteadysineavesignalisshed,theharnidistrtinrateisreduedgreatly.keyrds:fpga;sp;eletragnetiinstruent;transitter0弁言由于脉宽调制技能是通过调解输出脉冲的频率及占空比来实现输出电压的变压变频结果,以是在电机调速、逆变器等浩繁范畴得到了日益普及的应用1。而电磁法作为一种地球物理探测的有用要领,已经普及地应用于矿藏勘探、地质灾难猜测等范畴。电磁法仪一样平常包罗发射机和吸收机两大部门2,3。现阶段,电磁法仪器的发射机部门一样平常直接接纳等宽p技能,其电流谐

4、波畸变率较大,电压使用率不高,服从很低4,5。本文使用fpga技能,按照sp天然采样法原理,方案了应用于电磁法仪的发射机的sp体系。该体系应用到现有的电磁法仪器中,与本来的p产生的结果举行比力,得到精良的结果。1sp技能原理sp信号的原理为:用一组等腰三角形波与一个正弦波比力,其交点作为开关管“开或“关的时候6,7。产生sp信号有多种要领,如谐波消去法、等面积法、采样法等8,9。使用正弦波和等腰三角形的交点时候决定开关管的开关形式,这种要领称为天然采样法。其可以分为单极性三角波调制法和双极性三角波调制法,其原理图如图1所示。本文接纳的是双极性调制法。图1三角波调制法原理图2sp体系的硬件实现2

5、.1体系团体方案体系原理如图2所示。体系先天生三角波信号和正弦波信号,通过两者输出的比力产生脉冲序列,并对输出的脉冲举行死区延时、数字滤波等处置惩罚。重要模块有:分频器、三角载波产生器、正弦函数表寻址、正弦函数表、死区时间延时模块和数字滤波模块等。图2体系原理图2.2三角载波产生器本方案中通过加减计数器来产生载波三角波,三角波的幅值取256。先从0开始计数到256,再从256减数到0,得到半个周期的三角载波,然后重复前半周期的计数方法,对得到的计数值取负,如许就可以得到一个周期的三角载波。图3是三角载波模块的仿真图。可通过设定triavefp的值来实现三角波的分频,当体系时钟为10hz时,图3

6、(a)设triavefp为0,此时三角波周期为102.4s;图3(b)设triavetp为1,其周期变为204.8s。通过改变triavefp的取值,可以得到差异频率的载波。图3三角波模块仿真图2.3正弦波产生器本方案使用atlab软件东西,把正半周期的正弦波512平分后,把数据存入r中。调用r中的数据,即可实现正半周期正弦波。再对正半周期取反,即可得到负半周期的值。本方案为了使得到的脉冲宽度可调,加上了正弦幅度相乘调治模块,其模块原理图如图4所示。同样,可以操纵模块分频单位,和调幅单位,改变正弦波的频率及幅度。图4正弦波产生器原理图2.4比力模块三角载波和正弦参考波产生模块方案完成后,对其输

7、出的结果举行比力以产生sp脉冲信号。可以通过verilg硬件形貌语言实现,比力规矩设置为当载波的数值小于正弦波的函数值时,输出1,不然输出0。2.5死区时间延时模块比力模块后,得到两路sp序列信号(xl,xh),用于操纵电路的上下桥臂的开关。理论上,这两路信号是完全互补的。然而,由于功率器件开通和关断时间不完全相称,器件的关断时间现实上要长于导通时间。因此,为制止上下桥臂上功率器件瞬态短路必需提供一段时间的延时,使功率开关管导通之前确保相应的开关管已经停顿。脉冲延时是通过上升沿实现的,延不时间的实现重要通过一个10位的加减计数器来实现。设死区时间为ax,延时计数器计数规矩如下10:(1)当输入

8、为0时,假设计数值即是0,那么计数值保持稳定;不然,作减1计数;(2)当输入为1时,假设计数值即是ax,那么计数值保持稳定;不然,作加1计数;(3)当输入为1且死区计数器数值为ax时,xl=0,xh=1,上桥臂导通;(4)当输入为0且死区计数器数值为0时,xl=l,xh=0,下桥臂导通;(5)当死区计数器数值在0ax之间时,xl=0,xh=0,上下桥臂均停顿,形成死区。2.6体系仿真末了可以按照必要,设置时钟、分频、死区时间等的值。对方案举行仿真,设定三角波频率为正弦波频率的5倍,得到的仿真结果如图5所示。图5仿真结果不雅察图5的输出信号xh,xl,可以看出其脉宽是按正弦纪律变革的,因此方案满

9、意要求。2.7滤波模块由于数据网罗历程中不成制止地存在很多滋扰,有用信息被它们所掩饰,因此必需对资料举行进步信噪比的数字滤波处置惩罚。为了进步研发速率,滤波模块直接接纳altera公司的ip核来天生。设置参数,方案一个带通频率为7.512.5khz的数字滤波器,接纳hanning窗方案布局,使用atlab软件的数字滤波方案阐发东西,可以得到频率衰减图如图6所示。可以看出其带通结果显着,切合体系要求。图6滤波结果阐发图3体系的应用把方案的sp体系应用于某公司方案的电磁法仪上,其重要原理就是使用专用装备向介质体发射一个电磁场,这种敏捷衰减的磁场在其四周的介质中感到出新的二次常使用其原理,该仪器方案

10、了一道发射道和三道吸收道。图7(a)是原仪器接纳发射频率为9.8khz的p波发射得到的结果,前四道是滤波前的波形图,后四道是滤波后的波形图。图7结果比力图操纵本体系发射频率为9.8khz举行调试,把发射道和吸收道的数据颠末串口通讯上传到上位机上表现,波形如图7(b)所示。发射道经滤波后产生较抱负的正弦波,产生的三道二次场,比力图7(a)可以看出其谐波畸变有显着的削弱。4结语本文是方案了基于fpga的sp可变频体系,末了把体系乐成应用到电法仪的发射模块中。履历证,该体系稳定可靠,比原有的p操纵有较大的改进。别的,体系可以按照必要在线修改发射频率、死区时间等的值,体系更人性化。体系稍加修改,还可应

11、用到电机驱动或变频电源中。编纂整理参考文献1杨旭东,张强,韩雪晶.sp的fpga实现要领j.微盘算机信息,2022,22(12):146-149.2李实,李创社.工程勘探瞬变电磁仪关键技能研究j.煤地步质与勘探,2001,29(1):55-58.3田宗勇,姚姚,赵晓鸣.大地电磁波在沪蓉国道地质勘探中的应用j.长江科学院院报,2022,24(2):55-57.4李刚,艾良.基于sp的正弦波方案与实现j.当代电子技能,2022,31(13):154-156.5诸江,董金明.基于直接数字频率合成的三角载波移相p操纵fpga的方案实现j.微盘算机信息,2022,20(10):74-76.6李扶中,熊蕊.一种新型的不合错误称规矩sp采样法j.电力电子技能,2022,41(4):93-96.7马骏然,张春熹.基于fpga的直接数字频率合成波形产生器j.电