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FPGA的高效率，低噪声的脉冲频率空间矢量调制- 第一部分 朱利奥·科拉迪博士，赛灵思工业，科学和医疗集团（ISM）德国 - 十月04，2012 功率调制是在电机控制至关重要，以确保高效率，快速响应时间，低纹波扭矩，低谐波和低噪音。脉冲宽度调制（PWM）是典型地在连续的方法，如空间矢量调制（SVM）和不连续的方法，如使用平顶调制（FTM）展品谐波和需要复杂的机制，以减轻这种谐波。的不同的调制方法，如脉冲频率调制（PFM）的属性或脉冲密度调制（PDM）可以有利单独用于支架，或组合与PWM，推动和传播噪声在感兴趣的波段，适当地塑造力量信号来降低噪声，谐波波纹，失真，开关损耗和整体调制器的复杂性。 PFM是调制指数高于0.4显然有利于，从而实现一个多功能的动力调幅器允许在即时的空间矢量PWM和空间矢量之间的切换PFM，再加上快速的电流回路，实现了更少的开关，更精细的转矩脉动控制满足多种电机控制应用。本文介绍了PWM- PFM调制器多才多艺，随着它的优点和实际效果时，适用于无刷直流（BLDC）马达，永磁同步（PMSM）电机和步进电机作为一组功能的一部分实施了必威体育精装版一代的7系列的所有可编程的FPGA的电机控制程序库。 电源逆变器至多功率控制系统或电力驱动，在数字的心脏调制用于传输指挥的电压或电流。可控幅度和频率被用作一系列高频脉冲到负载或电动机。功率半导体交换机接收低电压脉冲，并将其转化为功率脉冲足够的负荷或发动机。负荷的行为，在一般情况下，作为积分重建的幅度和频率原来的命令信号。 实际功率半导体器件，例如MOSFET，IGBT的，的GTO等，经验重要限制了降低有效传输功率到负载的因素。这通常会导致不希望的导通损耗，开关损耗，谐波无用，热失控或噪音。 在近年来，这样的功率半导体的整体性能有所提升，其中有打开门，新的设计方法。 调制策略极大地影响了电源开关的限制因素。特别是由调制过程用的电或磁特性的相互作用产生的谐波负载产生的力量牛逼小时的牛逼干扰机械和结构的元素创建震动和减小负荷寿命。机械减灾战略，以减少这种影响是有效的但增加额外的成本，并不总是产生所需的结果。 由调制产生的谐波也产生电磁干扰（EMI）所必须最小化，以实现电磁兼容性（EMC）的行业所要求的期望的水平规范和电源分配。减灾战略由华氏度把电力滤波器和扼流圈，以阻止或减弱这种谐波，但这些额外的组件也导致额外成本和额外的空间，从而也降低了电源系统的可靠性。 经营数字调制之前被塑造在源谐波含量传送到负载，提供了重要的优点，并避免或减少了所需的额外成本降低噪声和EMI的目的地。 电源数字调制已被研究的很详细，但这样的研究结果难以找。对于单级逆变器可使用几种脉冲编程方法，其中所需的电压波形可以并入由脉冲序列： PWM 通过改变单个脉冲宽度的 PDM 通过改变脉冲之间的距离 PFM 改变一个脉冲串的重复频率 PWM发现在电力系统中更广泛的应用所必需的伏秒平衡重新在能够容易地产生的载荷预期大小。在频谱方面效率，PWM引入显著谐波内容的形式6K±1（K= 1 ... N）的超出其基频。这样的谐波对直接负责机械相互作用和电磁干扰的问题。 PWM和PFM具有较好的频谱效率比PWM提供更好的EMI减缓和内在的谐波蔓延。 FPGA高效率- 第2页。 控制 快速控制回路允许PDM和PFM管理达到最佳状态。这样的调制技术已在高功率电动机由电力切换限制和组合受阻缺乏研究。对于中低功率电机数字电流控制的速度慢由处理器或微控制器，100μs的......通常为50μs执行循环，没有足够的为充分利用PDM和PFM的优势。大部分的努力，以减少谐波的在调制信号的内容，在不降低性能一直集中在精心制作的PWM方案没有考虑不同的调制。 PWM-PFM调制由具有完善的反馈机制大大受益在负载的重建保真度。反馈需要通过控制迅速行动系统因而高速控制回路将使这一形式的数字- 模拟转换非常有利。在现代电力系统（参见图1），控制是仅一部分在C 0米P L（E T）E产品;电动机和驱动器要求通信监管，诊断并用的定时要求大量调制器（参见图2）生性串行和并行架构强加实现这样的系统。 硬实时 软实时 突发模式 - 流式模式 工业以太网 无线以太网 图1.现代电气传动 图2.数字驱动控制部分 FPGA非常适合实现高速的控制算法。实现为一个控制器再生脉冲频率调制（PFM）是一种磁场定向控制（FOC）的实施，实现1μs的闭合循环......2μs的，具有中等（100兆赫... 50 MHz）的时钟频率在低低成本的FPGA。这是一个50倍的改进相比典型处理器驱动的实现提供一个模拟控制的性能。 RPFM型号 一个RPFM是一组由Xilinx和QSYS设计的电源控制系统库的一部分。