专利名称：二倍频单相正弦波脉宽调制输出ip核的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及逆变电源技术、可编程逻辑技术与微控制技术领域，尤其涉及一种二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核。
背景技术：
正弦波脉宽调制(SPWM)技术在以逆变电路为核心的电力电子装置中有着广泛的应用，如何产生SPWM脉冲序列及其实现手段是PWM技术的关键。一是利用分立元件搭建的模拟比较法，用三角载波与正弦调制波进行比较，即可产生SPWM脉冲。其次是利用微处理器实现的数字算法和定时逻辑，也可产生SPWM脉冲。目前已有多种微处理器芯片(如80C196MC、TMS320F240等)本身集成有数字化PWM发生电路。再次是通过专用集成芯片或中小规模的数字集成电路构成的传统PWM控制电路，如SA866、SG3524等。模拟方法电路复杂，生产、调试不便，而且与数字控制器接口不便，温漂现象严重，难以满足复杂、高精度的要求；数字方法，尤其是微处理器内置了PWM发生器，通常微处理器通过定时中断服务程序产生SPWM脉冲，结构灵活，使用方便，但微处理器在每个载波周期必须进行中断处理，对处理速度要求较高，从而也限制了载波频率进一步的提高，同时微处理器的处理任务也更加繁重，而且微处理器中不确定的中断响应会导致PWM脉冲的相位抖动，以至产生难以想象的结果。通过专用集成芯片或中小规模的数字集成电路构成的传统PWM控制电路往往存在电路设计复杂，体积大，抗干扰能力差以及设计困难，专用集成电路同时存在供货量少，货源不稳定，导致的价格昂贵、设计周期长等缺点。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种能够产生SPWM脉冲序列的二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核包括总线控制器、预分频参数设定单元、调制波电源频率控制器、调制波相位控制单元、正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元、PWM波发生单元、脉冲删除单元、脉冲延迟单元和脉冲封锁单元，所述总线控制器与调制波电源频率控制器、调制波相位控制单元和预分频参数设定单元连接，所述PWM波发生单元与正、反三角波发生器、正弦波发生单元和脉冲删除单元连接，所述脉冲延迟单元与脉冲删除单元和脉冲封锁单元连接，所述调制波电源频率控制器在16位分辨率下工作，总线控制器、预分频参数设定单元、调制波相位控制单元、正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元、PWM波发生单元、脉冲删除单元、脉冲延迟单元和脉冲封锁单元均在8位分辨率下工作。
所述正弦波波形采样数据ROM最好存储256或者512个0～90°正弦波。
所述正弦波可以用三角波和矩形波代替。
所述二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核是用VHDL语言设计，在ALTERA的Quartus II下编译得出。
所述正三角波发生单元和反三角波发生单元通过预分频参数设定单元给定的同步时钟配合可逆计数单元实现输出幅度、频率相同，相位相差180°的三角载波。
与现有技术相比，本实用新型二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核内部通过正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元和PWM波发生单元产生SPWM序列，因此大大简化了控制流程。另外该二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核可以嵌入到不同的FPGA或CPLD中，应用于不同的系统之中轻松实现各个不同的应用需求。
图1是本实用新型二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核结构示意图；图2是正弦波和正、反三角波实现二倍频波形的过程。
具体实施方式请参阅图1所示，一种二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核包括总线控制器、预分频参数设定单元、调制波电源频率控制器、调制波相位控制单元、正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元、PWM波发生单元、脉冲删除单元、脉冲延迟单元和脉冲封锁单元，所述总线控制器与调制波电源频率控制器、调制波相位控制单元和预分频参数设定单元连接，所述PWM波发生单元与正、反三角波发生器、正弦波发生单元和脉冲删除单元连接，所述脉冲延迟单元与脉冲删除单元和脉冲封锁单元连接。
二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核是用VHDL语言设计在ALTERA的Quartus II下编译得出。调制波电源频率控制器在16位分辨率下工作；总线控制器、预分频参数设定单元、调制波相位控制单元、正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元、PWM波发生单元、脉冲删除单元、脉冲延迟单元和脉冲封锁单元均在8位分辨率下工作。
总线控制器包括完成总线复用逻辑和地址发生的总线复用逻辑和地址发生RAM。总线控制器读取片选信号CS、地址数据控制信号ALE、RD或WR有效后，并由此选中调制波电源频率控制器或调制波相位控制单元、预分频参数设定单元，然后通过数据线AD0～AD7对调制波电源频率控制器或调制波相位控制单元、预分频参数设定单元写参数。
预分频参数设定单元用于完成二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核各单元参数的设定，然后向各个单元提供相应的工作频率。调制波电源频率控制器用于对调制波的频率进行设定。
正弦波发生单元包括正弦波波形采样数据ROM和可逆记数单元。
正弦波波形采样数据ROM存储了2n(n＜＝10)个正弦波的0～90°的波形采样数据。正弦波波形采样数据的ROM最好存储256或者512个0～90°正弦波。正弦波的原始波形采样数据也可以是相对应的三角波和矩形波的波形采样数据。
可逆记数单元在载波发生单元用于实现0～255，然后再从255～0的循环记数；在正弦波发生单元则实现0～(2n-1)，然后再从(2n-1)～0的循环计数。
调制波相位控制单元用于对正弦波初始相位的设定，以满足0～360°相位差的电源输出组合。
正三角波发生单元和反三角波发生单元通过预分频参数设定单元给定的同步时钟配合可逆计数单元实现输出幅度、频率相同，相位相差180°的三角载波。
PWM波发生单元通过来自正弦波波形发生单元的正弦波与来自MCU的正弦波波形幅值调节参数相乘得出的正弦调制波和正、反二路三角载波进行比较而得出的二路SPWM脉冲系列，再将每路波形分别取反而得出的另外二路SPWM脉冲序列，由此变换产生的四路SPWM脉冲系列经过后续的脉冲删除电路和脉冲延迟电路，再经隔离放大之后便可直接用来驱动全桥逆变单元的MOSFET(电力场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)。PWM波发生单元包括波形幅值调节单元。
请参阅图2所示，由调制波(一正弦波)和正、反三角波比较得出的VG1～4的波形系列在逆变桥中的实现。VG1与VG4，VG2与VG3叠加后出现了VP所示的波形，VP所示的波形输出频率是VG1～VG4所示频率的二倍。
脉冲删除单元用于实现过窄的(小于15微秒)脉冲删除，脉冲的删除时间可以根据后面功率器件的开关时间的长短做出调整，防止在功率器件还未完全打开的情况下又关闭，最终导致功率管的功耗增加，温度上升。脉冲删除时间在频率发生单元通过MCU给定参数设定。
脉冲延迟单元防止全桥逆变单元中同一桥臂由于功率管的电流关断延迟造成的直通短路现象发生。可根据功率器件通过频率发生单元通过MCU给定参数改变脉冲延迟时间。
脉冲封锁控制电路实现三个功能一开机脉冲输出封锁；二是故障快速关断，此功能的设计可以越过MCU直接对脉冲封锁单元进行控制，同时给出指示信号进行声光报警，此信号一旦有效，只有重新开机或全局复位电路有效时才能解除脉冲封锁；三是，MCU封锁信号作出正常的保护动作例如，电路的闭环控制时如果检测到电流、电压、温度有一相超出正常范围，MCU将发出信号封锁脉冲输出，如果是温度过高则在温度降到允许值时重新开启电路，否则发出报警指示。
本实用新型通过以正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元和PWM波发生单元为例，介绍了一种二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核，这不能被认为是对本实用新型权利要求的限制。如果本领域的技术人员依据本实用新型作出了非实质性的、显而易见的改变或改进，都应该属于本实用新型权利要求保护的范围。
权利要求1.一种二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核，其特征在于上述IP核包括总线控制器、预分频参数设定单元、调制波电源频率控制器、调制波相位控制单元、正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元、PWM波发生单元、脉冲删除单元、脉冲延迟单元和脉冲封锁单元，所述总线控制器与调制波电源频率控制器、调制波相位控制单元和预分频参数设定单元连接，所述PWM波发生单元与正、反三角波发生器、正弦波发生单元和脉冲删除单元连接，所述脉冲延迟单元与脉冲删除单元和脉冲封锁单元连接，所述调制波电源频率控制器在16位分辨率下工作，总线控制器、预分频参数设定单元、调制波相位控制单元、正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元、PWM波发生单元、脉冲删除单元、脉冲延迟单元和脉冲封锁单元均在8位分辨率下工作。
2.根据权利要求1所述的二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核，其特征在于所述正弦波波形采样数据的ROM存储了2n个0～90°正弦波波形采样数据，其中n＜＝10。
3.根据权利要求2所述的二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核，其特征在于所述正弦波可以用三角波或矩形波代替。
4.根据权利要求1所述的二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核，其特征在于所述正三角波发生单元和反三角波发生单元通过预分频参数设定单元给定的同步时钟配合可逆计数单元实现输出幅度、频率相同，相位相差180°的三角载波。
专利摘要本实用新型涉及逆变电源技术、可编程逻辑技术与微控制技术领域，尤其涉及一种二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核。一种二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核包括总线控制器、预分频参数设定单元、调制波电源频率控制器、调制波相位控制单元、正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元、PWM波发生单元、脉冲删除单元、脉冲延迟单元和脉冲封锁单元。本实用新型二倍频单相正弦波脉宽调制输出IP核内部通过正弦波发生单元、正三角波发生单元、反三角波发生单元和PWM波发生单元产生SPWM序列，因此大大简化了控制流程。
文档编号H02M5/22GK2888737SQ20052006673
公开日2007年4月11日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者屈世磊 申请人:珠海泰坦科技股份有限公司