基于DDS技术三相功率可控PWM信号的FPGA实现

摘要：本文利用FPGA和DDS技术实现了高精度、高分辨率的三相PWM脉冲信号，并通过AGC程控放大技术实现对PWM信号的功率可控。本设计具有控制灵活，输出频率稳定和范围宽等优点，具有广阔的应用价值。
关键词：现场可编程门阵列；直接数字频率合成；功率放大可控；脉宽调制

0 引言
脉宽调制技术(PWM)目前广泛应用在电力、电子、微型计算机、自动控制等多个学科领域。本设计采用基于FPGA的直接数字频率合成(DDS)技术，通过D／A转换进行程控放大，实现了三相功率可控的PWM信号。

1 系统的设计原理和实现过程
1．1 DDS的设计原理
直接数字频率合成器(DDS)的组成见图1。fc为时钟频率，K为频率控制字，N为相位累加器的字长，W波形存储器地址线位数，L为ROM数据线宽度(一般也为D／A转换器的位数)，fo为输出频率。相位累加器按照时钟脉fc的时序，对输入频率控制字K进行累加，相位累加器的输出作为波形存储器的地址输入。相位累加器的输出对应于该时刻合成周期信号的相位，由于N位累加产生溢出，因而相位是周期性的，在0～2π范围内变化。2π／2N rad是最小的相位增量，完成一整周的正弦波输出需要经过2π／(K×2π／2N rad)个系统时钟周期。因此，可以得到输出波形的频率fo为：

而DDS的最小频率分辨率(即最低的合成频率)为

最高的基波合成频率受奈奎斯持抽样定理的限制(至少每周两次抽样才能重构波形)。

由此可以看出，DDS具有高频率分辨率的特点。在fc固定时，取决于相位累加器的位数N，只要N足够大，理论上就可以获得相应的分辨精度，这是传统方法难以实现的。DDS中相位改变是线性过程，其相位误差主要依赖于时钟的相位特性，相位误差小，形成的信号具有良好的频谱特性。
1．2 用FPGA和DDS技术产生三相PWM的原理
本设计需要设计能够输出三相的PWM信号。根据DDS的原理，相位累加器的输出对应于该时刻合成周期信号的相位，并且相位具有周期性，在0～2π范围内变化。因此设置相位累加器的初始值，就可以使产生的信号具有不同的初相位。