FPGA平臺實現最小開關損耗的SVPWM算法

摘要：詳細分析了SVPWM的原理，介紹一種根據負載的功率因子來決定電壓空間零矢量的分配與作用時間的SVPWM算法，使得橋臂開關在通過其電流最大時的一段連續時間內沒有開關動作。這樣在提高開關頻率的同時減小了開關電流，以此得到具有最小開關損耗的SVPWM算法。Si-mulink仿真結果驗證了理論的正確性，ModelSim的仿真結果表明該算法在FPGA平臺上實現的可行性。
關鍵詞：逆變器；SVPWM；不連續調制；零矢量；最小開關損耗；FPGA

引言
脈沖調制技術(PWM)已被廣泛應用于逆變器的設計當中，電壓空間矢量調制技術(SVPWM)與SPWM相比，直流電壓利用率提高了(15.4％)，且利于數字化實現。本文介紹了一種基于不連續調制的SVPWM算法，可根據負載功率因子在不同扇區內靈活放置零電壓矢量，與傳統的連續調制SVPWM相比，在增加開關頻率的同時減小了開關電流。仿真結果也表明這種方法有著最小的開關損耗。
現場可編程邏輯陣列FPGA是高集成度和高復雜度的可編程ASIC，具有設計靈活、開發周期短、可靠性高、純硬件并行處理、不占用CPU資源等特點。本文以FPGA硬件平臺來實現算法，采用硬件連線實現軟件算法，實現真正的并行運算，這樣可降低系統對MCU／DSP的速度要求。此外，基于IP核的模塊化設計使得系統設計靈活，便于升級維護，滿足更高性能的要求。

1 SVPWM原理
圖1為典型的電壓型三相兩電平逆變器的設計，開關一共有8種不同的狀態，因此逆變器的輸出電壓可以由這8種不同開關狀態來合成。

定義單個開關狀態，三相坐標系經Clarke變換為復平面α—β坐標系
模長為0稱為零電壓矢量，6種開關狀態如圖2所示，電壓矢量空間被6個有效電壓矢量分為6個扇區。