SVPWM信号发生器的VHDL实现

　　近年来，DSP在SVPWM(空间矢量脉宽调制)控制领域得到了广泛应用。

　　但是使用DSP单核心的控制方法仍然存在一些缺陷：基于软件的：DSP在实现SVPWM触发信号时需要较长的时钟周期；微处理器中不确定的中断响应会导致PWM脉冲的相位抖动。针对以上问题，本文提出了一种利用FPGA实现的SVPWM信号发生器，系统结构如图1所示。作为DSP的外围接口电路，该信号发生器能够屏蔽DSP内部错误中断对输入时间信号的影响，保证输出完整的SVPWM触发信号波形，其三相并行处理结构还能够有效提升系统的动态响应速度。

　　SVPWM简介

　　SVPWM的主要思想在于利用逆变器空间电压矢量的切换合成参考电压矢量。具体方法如下：在桥式电路中，同一桥臂上两个开关的工作状态在任意时刻都是互补的，所以可以用二值逻辑函数表示6个 开关的工作状态：

　　由式1可见，3组开关的工作状态共有23=8种，不同的开关工作状态对应着不同的三相输出电压。这8种工作状态分别对应着8条基本空间电压矢量，任意区域内的空间电压参考矢量都可以由2条非零矢量以及2条零矢量合成。在进行电压矢量合成时，规定每一次开关动作只能有一相桥臂的工作状态发生转换，目的是为了降低电路中的谐波含量，确定基本电压矢量的切换顺序。

　　SVPWM信号发生器的设计

　　基本原理

　　图1中DSP采集逆变器交流侧输出电压值，并通过计算得到桥式电路开关的状态保持时间。SVPWM信号发生器将DSP的输入时间信号转换为开关触发信号，在结构上可以分为数据锁存器和有限状态机两个模块，其顶层文件原理图如图2所示。

　　在状态机的一个工作周期内，输入时间信号的突变会使状态机的工作状态发生不规则跳变，对输出信号造成巨大影响，无法得到所需要的SVPWM 触发信号。因此，图2中LATCH锁存器模块的作用就是锁存输入时间数据TIME1_A、TIME0_A、TIME1_B、TIME0_B、TIME1_C 、TIME0_C，直至状态机的当前工作周期结束(即"ORDER"命令有效)，从而避免外界对状态机工作状态的影响，保证状态机按照输入时间数据要求完成工作状态的转换。

　　利用有限状态机的方法设计FPGA，只须控制三相桥臂开关状态的保持时间，就可以实现SVPWM 触发信号。图2中FSMS主要由1个基准计数器和3个比较器构成，输入时间数据预存在3个比较器内，通过比较基准计数器当前值和比较器中的预存数据控制FSMS工作状态的转换， 同时根据不同的比较结果生成不同的三相桥臂开关驱动信号。如果基准计数器当前值等于预存输入时间，说明状态机当前工作状态已经完成，要转入下一个工作状态，相应的触发信号也要改变；如果基准计数器当前值不等于预存输入时间，说明状态机当前工作状态尚未完成，需要继续保持当前工作状态，相应的触发信号也保持不变。状态机按照输入时间信号的要求转换自身工作状态，使触发信号产生相应变化，从而实现时间信号向SVPWM 触发信号的转变。另外，由于FSMS内部比较器参照同一基准计数器，因此三相触发信号之间不存在时间延迟，得到的是并行的三相触发信号。

　　设计方法

　　本设计采用自顶向下、层次化、模块化的设计思想。

　　LATCH锁存器模块由6个并行的6位数据锁存器构成，所有锁存器均使用图2中的"ORDER"作为数据锁存信号，具体规定如下：

　　1)"ORDER" 信号作为锁存器工作进程的唯一敏感信号参量，只有其信号值发生变化时才会启动锁存器的工作进程，否则锁存器不做出任何响应；

　　2)当"ORDER"信号发生变化，且当前值为1时，锁存器中的存储数据得以释放，被输入FSMS，新的时间数据同时输入锁存器；

　　3)当"ORDER"信号发生变化，且当前值为0时，锁存器锁存已输入时间数据，保持FSMS的时间输入数据不变， 同时拒绝新数据输入；

　　4)锁存器的数据锁存时间等于FSMS中基准计数器的一个工作周期。当基准计数器完成一个工作周期时，"ORDER"信号将被置'1'，其余时间，"ORDER"信号被置'0'。

　　为了得到三相并行输出的SVPWM触发信号．FSMS模块内部设计了3个状态机分别控制A、B、C相输出。根据式1，假设上桥臂每个开关在一个周期内工作状态的转换顺序都是"1-0-1"，因此可以将每个状态机都设计为3种状态．分别代表每一相开关在一个周期内的3个工作状态，工作状态的保持时间由输入时间决定。当输入时间信号发生变化时，FSMS 工作进程启动。具体流程如图3所示。