news 2026/4/18 13:17:16

基于FPGA的全桥逆变,SPWM调制,可提供代码、文件的。 所见即为代码的仿真结果,Quart...

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张小明

前端开发工程师

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基于FPGA的全桥逆变,SPWM调制,可提供代码、文件的。 所见即为代码的仿真结果,Quart...

基于FPGA的全桥逆变,SPWM调制,可提供代码、文件的。 所见即为代码的仿真结果,Quartus II版本为13.1

全桥逆变这玩意儿说难不难,说简单吧还真能卡住一堆人。今天咱们直接撸起袖子干代码,拿FPGA搞SPWM调制,手把手把波形给你怼出来。先甩个最终效果图镇楼(此处脑补示波器上的完美正弦波)——看好了,这可不是MATLAB仿真,实打实用Cyclone IV FPGA跑出来的。

三角波生成:计数器骚操作

想让SPWM转起来,首先得整个靠谱的三角载波。直接上Verilog硬核代码:

module triangle_gen( input clk, output reg [15:0] tri_wave ); reg dir; //增减方向标记 always @(posedge clk) begin if(dir == 0) begin tri_wave <= tri_wave + 128; //步进值自己调着玩 if(tri_wave >= 16'hFF00) dir <= 1; end else begin tri_wave <= tri_wave - 128; if(tri_wave <= 16'h00FF) dir <= 0; end end endmodule

这代码的精髓在dir标志位——当计数器飙到接近16位上限时自动反转方向,形成锯齿波。不过实际跑起来你会发现这货更像梯形波,把步进值改成1就能获得丝滑三角波,但占用资源量会爆炸,自己权衡吧。

SPWM生成:简单粗暴比较法

基于FPGA的全桥逆变,SPWM调制,可提供代码、文件的。 所见即为代码的仿真结果,Quartus II版本为13.1

正弦波直接用DDS生成,ROM里存个查找表完事。重点在于和三角波PK:

always @(posedge clk) begin if(sine_wave > tri_wave) begin PWM_A <= 1'b1; PWM_B <= 1'b0; end else begin PWM_A <= 1'b0; PWM_B <= 1'b1; end end

等等!别急着跑,咱们得先解决死区问题。上面这段直接输出会炸管,必须在切换状态时插入死区时间。上硬货:

reg [7:0] dead_cnt; always @(posedge clk) begin if(PWM_A_temp != PWM_A_reg) begin //状态变化时触发 dead_cnt <= 8'd50; //死区时钟数 PWM_A <= 0; PWM_B <= 0; end else if(dead_cnt != 0) begin dead_cnt <= dead_cnt - 1; end else begin PWM_A <= PWM_A_temp; PWM_B <= PWM_B_temp; end end

这段代码用了个倒计时器,在桥臂切换时强制全关50个时钟周期。实际调试时得用示波器抓波形,调到刚好不炸管又效率最高的值。

频率调参玄学

正弦波频率由相位累加器的步进值决定:

reg [31:0] phase_acc; always @(posedge clk) begin phase_acc <= phase_acc + 32'd429496; //50Hz基准 end assign rom_addr = phase_acc[31:24]; //取高8位作为ROM地址

想改输出频率?调那个429496的数值就行。有个坑要注意:当这个值和三角波频率不匹配时,会出现谐波爆炸的情况。经验公式是载波频率至少是调制波的21倍以上,不过具体还得看你的LC滤波参数。

最后把各个模块用qsys连起来,顶层文件差不多长这样:

module top( input 50MHz, output [3:0] PWM_out ); wire [15:0] tri_wave; wire [7:0] sine_wave; triangle_gen tri_inst( .clk(50MHz), .tri_wave(tri_wave) ); sine_rom sin_inst( .clk(50MHz), .dout(sine_wave) ); deadtime_ctrl dt_inst( .clk(50MHz), .PWM_A_raw(sine_wave > tri_wave[15:8]), .PWM_out(PWM_out) ); endmodule

烧录前记得在Assignment里把PWM_out引脚分配到真实的IO,别傻乎乎地烧半天没输出。调试时先用低电压(比如12V)测试,示波器接上LC滤波后的输出端,慢慢调正弦表精度和死区时间,直到波形干净得像丝绸一样。

完整工程包需要的私,包含Quartus13.1工程文件、Testbench和示波器实测视频。下期可能搞个移相调压的骚操作,就看你们点赞够不够猛了(手动狗头)。

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