基于FPGA生成PWM波的研究

• 作 者: 苏荣锋
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 现场可编程逻辑门阵列 脉冲宽度调制 数字信号处理 可优化控制器 电源PWM波 同步原理

SSRF-Shanghai Synchrotron Radiation Facility的磁铁电源均采用数字化电源控制器实现对其控制。而将控制器的控制芯片集成在FPGA来取代DSP的控制作用,器件的高集成度所具备的器件高度同一性可优化控制器的性能,实现更高的控制要求。　　
本文正是FPGA完全取代DSP功能的其中一部分模块,即将SSRF控制器中DSP生成PWM波的功能,移植到FPGA来实现。在现行控制器的基础上,首先调研、论证了DSP的McBSP接口发送情况,制定了FPGA与DSP通过McBSP接口进行稳定可靠通信的协议,保证DSP正确传送给FPGA对应的PWM周期,占空比值和初始相移值等;并较深入了解了DSP及FPGA的器件特性及其相应开发环境,为后续模块的开发做好知识储备。同时,在该协议下进行了DSP与FPGA保持长期稳定可靠通信的模块设计与实现。同时在调研、论证了PWM生成原理的基础上,采用了非对称计时生成PWM波的方式,进行了将基于DSP生成PWM波控制模块的功能移植到FPGA来实现的设计,并在观测FPGA生成PWM波形的基础上,对比DSP生成的PWM波形,分析论证了其可行性。同时,在调研、论证了同一机柜中多台电源的PWM波同步原理及频率相近产生差拍互扰机理的基础上,对多台电源的PWM波同步与不同步的数据结果进行了比较分析,从而论证了其同步的必要性;采用相移固定法来修正多台电源的PWM波的相移偏差来实现同步,并将多台电源PWM波的同步以及ADC与控制卡之间的同步移植到FPGA来实现:同时,在观测FPGA中PWM同步波形的基础上,对比DSP中的PWM同步波形,分析论证了其可行性。而且,本文最后也简要介绍了通过时钟相移法的方式进一步提高PWM的精度及采用相移法的新方案来解决多台电源间的PWM同步问题。这些模块的实现都取得了较好的效果,从而为整个DSP的功能全部移植到FPGA来实现做出了重要的摸索;在此基础上,继续深入研究提高PWM模块高精度提高,高稳定性等,为最后实现控制器的高精度控制,取得目标稳定度电流做好重要的准备。