PWM 比較器的功能

還是以本系列文章中，用到的三相兩電平逆變器為控制對象。下圖是正弦波調制（SPWM）的三相兩電平逆變器的波形。

輸入的是三相的正弦波信號，三角載波與正弦信號波進行比較，當正弦信號波的值大于三角載波的值，輸出“1”，否則，就輸出“0”；PWM比較器一共生成6個PWM信號，控制6個IGBT的開通和關斷。PWM比較器輸出“1”控制IGBT開通，“0”信號IGBT關斷。控制逆變器輸出的三相相電壓和三相線電壓如下圖所示。

對于三相兩電平逆變器，為了防止上下橋臂同時導通而短路，PWM比較器還需要插入死區時間。

此外，為了讓電流、速度和位置采樣與PWM占空比的更新同步，以及控制器算法模型的觸發運行，必須還有中斷觸發信號生成功能。

因此整個PWM比較器包括四部分:

(1) 三角載波生成；

(2) 信號比較，生成PWM控制信號；

(3) 插入死區時間；

(4) 中斷觸發信號生成；

正弦波調制（SPWM）的三相兩電平逆變器的波形

三角載波生成

因為三角載波生成的模型是在FPGA中運行的，因此數據類型需要整型。

最方便的方法就是使用Simulink的HDL Coder模型庫中的HDL Counter模塊。通過控制輸入端口dir控制HDL Counter模塊的計數方向。

HDL Counter模塊

示例模型如下：

三角載波生成的Simulink模型

仿真步長為1e-8，Relay 模塊的Switch on point為10000，Switch off point為0，輸出“0”或者“1” 控制HDL Counter模塊的計數方向，生成0~10000的三角波，頻率為5kHz。

三角載波信號

PWM 信號生成

三角載波與信號波進行比較，當信號波的值大于三角載波的值，輸出“1”，否則，就輸出“0”；PWM比較器一共生成6個PWM信號，控制6個IGBT的開通和關斷。

此功能的Simulink模型如下：

PWM信號生成的Simulink模型

死區時間

通常死區時間的插入通過增加PWM信號的開通延時實現的。

簡單說就是：如果PWM信號由“1”變“0”，即由開通變為關斷，則馬上關斷；如果PWM信號由“0”變“1”，即由關斷變為開通，則延時T_delay再開通；此功能的Simulink模型如下，C_delay端口為輸開通延時計數值。

死區時間的Simulink模型

中斷觸發信號生成

此功能比較簡單，Simulink模型如下圖所示，在三角波的底點和頂點都產生中斷，如果只在底點或者只在頂點，可以根據需要修改即可。

中斷觸發信號生成的Simulink模型

以上模型皆可以通過Simulink的HDL Coder工具生成HDL代碼，部署至Speedgoat的FPGA板卡。