基于Nios II处理器的SVPWM IP Core设计

摘要 为降低FPGA实现3电平SVPWM算法的复杂性，减小SVPWM模块所占用的资源，文中利用正弦函数和余弦函数的关系，采用小容量ROM提出了一种新的SVPWM控制算法。利用Verilog HDL实现了算法的硬件设计，并封装成IP核以方便设计复用，在Altera公司的DE2开发板上进行了设计验证，体现了SOPC嵌入式系统的灵活性和扩展性。
关键词 有源逆变；SVPWM；IP Core；SOPC

电压空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)具有谐波小、直流电压利用率高等特点，因而广泛应用于具有高效、节能特性的有源逆变中。由于SVPWM物理概念清晰、控制算法简单、数字化实现方便。因此通常用微控制器(MCU)或数字信号处理器(DSP)实现，使用MCU实现具有较大的灵活性，但速度受到一定限制；使用DSP实现虽可以提高开关频率，但两者都有开发时间相对较长、CPU占用率高的缺点。文中提出了一种基于FPGA的SVPWM硬件实现方案，文中方案与其他硬件设计方案相比电路结构简单、占用FPGA资源少、便于和MCU／DSP接口。由于采用基于FPGA的硬件电路设计，因此大大降低了对MCU／DSP速度的要求，同时减小了编程工作量。

1 SVPWM基本原理
1．1 参考电压矢量的合成
三相逆变桥电路如图1所示，其中6个开关管受3组互补脉冲控制，总共有8种可能的开关组合，对应于8种基本空间电压矢量

V7=V8=0 (2)
其中6种是非零基本空间电压矢量，另外2种是零空间电压矢量。当逆变器单独输出6种基本电压空间矢量时，电动机定子磁链矢量矢端的运动轨迹就是一个正六边形，如图2中实线所示。采用8个基本电压矢量实现目标电压矢量的合成，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量进行组合，使其平均值与给定电压矢量相等。具体而言，某区域中的电压矢量可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量及零矢量的不同作用时间来合成。矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加，通过控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，如图2中虚线所示，从而使磁通逼近基准磁链圆，产生恒定的电磁转矩。