2.5  死区时间延时模块

比较模块后，得到两路SPWM序列信号(xl，xh)，用于控制电路的上下桥臂的开关。理论上，这两路信号是完全互补的。然而，由于功率器件开通和关断时间不完全相等，器件的关断时间实际上要长于导通时间。因此，为避免上下桥臂上功率器件瞬态短路必须提供一段时间的延时，使功率开关管导通之前确保相应的开关管已经截止。

脉冲延时是通过上升沿实现的，延时时间的实现主要通过一个10位的加减计数器来实现。设死区时间为max，延时计数器计数规则如下：

(1)当输入为0时，若计数值等于0，则计数值保持不变；否则，作减1计数；

(2)当输入为1时，若计数值等于max，则计数值保持不变；否则，作加1计数；

(3)当输入为1且死区计数器数值为max时，xl=0，xh=1，上桥臂导通；

(4)当输入为0且死区计数器数值为0时，xl=1，xh=0，下桥臂导通；

(5)当死区计数器数值在0～max之间时，xl=0，xh=0，上下桥臂均截止，形成死区。

2.6  系统仿真

最后可以根据需要，设置时钟、分频、死区时间等的值。对设计进行仿真，设定三角波频率为正弦波频率的5倍，得到的仿真结果如图5所示。

观察图5的输出信号xh，xl，可以看出其脉宽是按正弦规律变化的，因此设计满足要求。

2.7滤波模块

由于数据采集过程中不可避免地存在许多干扰，有效信息被它们所掩盖，因此必须对资料进行提高信噪比的数字滤波处理。为了提高研发速度，滤波模块直接采用Altera公司的IP核来生成。

设置参数，设计一个带通频率为7.5～12.5 kHz的数字滤波器，采用Hanning窗设计结构，利用Matlab软件的数字滤波设计分析工具，可以得到频率衰减图如图6所示。可以看出其带通效果明显，符合系统要求。


3系统的应用

把设计的SPWM系统应用于某公司设计的电磁法仪上，其主要原理就是利用专用设备向介质体发射一个电磁场，这种迅速衰减的磁场在其周围的介质中感应出新的二次场。利用其原理，该仪器设计了一道发射道和三道接收道。图7(a)是原仪器采用发射频率为9.8 kHz的PWM波发射得到的结果，前四道是滤波前的波形图，后四道是滤波后的波形图。控制本系统发射频率为9.8 kHz进行调试，把发射道和接收道的数据经过串口通讯上传到上位机上显示，波形如图7(b)所示。发射道经滤波后产生较理想的正弦波，产生的三道二次场，比较图7(a)可以看出其谐波畸变有明显的减弱。

4  结  语

本文是设计了基于FPGA的SPWM可变频系统，最后把系统成功应用到电法仪的发射模块中。经验证，该系统稳定可靠，比原有的PWM控制有较大的改善。另外，系统可以根据需要在线修改发射频率、死区时间等的值，系统更人性化。系统稍加修改，还可应用到电机驱动或变频电源中。