基于DDS技術三相功率可控PWM信號的FPGA實現

摘要：本文利用FPGA和DDS技術實現了高精度、高分辨率的三相PWM脈沖信號，并通過AGC程控放大技術實現對PWM信號的功率可控。本設計具有控制靈活，輸出頻率穩定和范圍寬等優點，具有廣闊的應用價值。
關鍵詞：現場可編程門陣列；直接數字頻率合成；功率放大可控；脈寬調制

0 引言
脈寬調制技術(PWM)目前廣泛應用在電力、電子、微型計算機、自動控制等多個學科領域。本設計采用基于FPGA的直接數字頻率合成(DDS)技術，通過D／A轉換進行程控放大，實現了三相功率可控的PWM信號。

1 系統的設計原理和實現過程
1．1 DDS的設計原理
直接數字頻率合成器(DDS)的組成見圖1。fc為時鐘頻率，K為頻率控制字，N為相位累加器的字長，W波形存儲器地址線位數，L為ROM數據線寬度(一般也為D／A轉換器的位數)，fo為輸出頻率。相位累加器按照時鐘脈fc的時序，對輸入頻率控制字K進行累加，相位累加器的輸出作為波形存儲器的地址輸入。相位累加器的輸出對應于該時刻合成周期信號的相位，由于N位累加產生溢出，因而相位是周期性的，在0～2π范圍內變化。2π／2N rad是最小的相位增量，完成一整周的正弦波輸出需要經過2π／(K×2π／2N rad)個系統時鐘周期。因此，可以得到輸出波形的頻率fo為：

而DDS的最小頻率分辨率(即最低的合成頻率)為

最高的基波合成頻率受奈奎斯持抽樣定理的限制(至少每周兩次抽樣才能重構波形)。

由此可以看出，DDS具有高頻率分辨率的特點。在fc固定時，取決于相位累加器的位數N，只要N足夠大，理論上就可以獲得相應的分辨精度，這是傳統方法難以實現的。DDS中相位改變是線性過程，其相位誤差主要依賴于時鐘的相位特性，相位誤差小，形成的信號具有良好的頻譜特性。
1．2 用FPGA和DDS技術產生三相PWM的原理
本設計需要設計能夠輸出三相的PWM信號。根據DDS的原理，相位累加器的輸出對應于該時刻合成周期信號的相位，并且相位具有周期性，在0～2π范圍內變化。因此設置相位累加器的初始值，就可以使產生的信號具有不同的初相位。