基于EDA技術的航空電源逆變控制電路設計

當前航空電源型號各異，種類龐雜，應該說綜合性能還不夠高。特別是隨著航空器的不斷發展，其對電源保障需求面臨諸多新挑戰。因此，研制先進電源保障設備，提高其通用性、綜合性，可為現有各類航空器提供通用配套保障，不但能夠適應航空器換代的需要，提高其實用性，而且可以壓縮保障裝備設備的數量和規模。研究事例為航空逆變電源，其特性是負載三相平衡的前提下，能夠保證三相電壓的幅值、相位始終處于平衡。構成的組合式三相全橋逆變電路見圖1.本文引入了技術現代電子設計自動化技術（EDA），綜合運用非常超高速集成電路硬件描述語言設計語言（VHDL）和可編程邏輯電路（PLD）元器件進行控制邏輯的設計與實現，對組合式三相逆變電路進行狀態控制，獲得要求的輸出電壓及波形。

1正弦脈寬調制方案的設計與計算

脈寬調制（Pulse-width Modulation，PWM）是在固定頻率下，設計一定規律的脈寬系列，控制逆變器的開關器件的導通及截止狀態，在輸出端獲取所需航空電源，滿足設計的品質要求。

1.1等效面積法的數學模型

采納等效面積正弦波脈寬調制（SPWM）生成法，具有輸出波形諧波量小，波形接近正弦波形而且算法簡單等優勢特點。

先把理想正弦波劃分為若干等份，如圖2所示，某一等份的弧線與時間軸形成的面積等同于某矩形脈寬，前提是矩形脈寬中點與弧線投影的中心點在時間軸上重合，且兩者面積相等，劃分的等份數量越大，整個矩形脈沖系列就越近似于設計所需的理想正弦波形，其中，矩形脈寬就是用于控制逆變器上元器件的導通、截止狀態。


圖1組合式逆變電路示意圖

如第k個脈沖，其的正弦波形弧線垂直向下與時間軸形成的面積為SAk，與其等效的脈沖矩形面積為SRk，易得到公式：

式中：調制參數為M；理想正弦波被劃分為N等份。

每等份的時間寬度為θk，每等份的時間軸中點為αmk，等效面積的矩形寬度（相當于導通時間）為θpk，等效面積的矩形前后兩端剩余時間（相當于截止時間）寬度為θnk，計算公式分別是：



1.2設計計算及數據生成

設定一定數值后，通過上述等式和公式，利用數學工具Matlab軟件進行數值計算，生成表1和脈沖數據。

表1脈沖系列數據

圖2等效面積算法SPWM生成模型

2軟、硬件的設計與實現

2.1軟件設計與實現

控制電路的硬件采用PLD元器件，并基于VHDL語言進行設計達成所需的邏輯功能，做到數字化控制。

整個系統主要由開關模塊M_ONOFF、可控時鐘分頻器M_CLOCK、反饋調制模塊M_MANDP、脈沖寬度數值存儲器A、B、C：PW_ROM和脈沖發生器M_PWM等模塊按一定邏輯對接而成，如圖3所示形成了逆變控制邏輯電路的頂層設計文件M_TOP_SPWM，可實現等效面積正弦波脈寬調制法設計所需的脈沖波形系列，用來控制開關器件IGBT的導通和截止狀態。