基于fpga的全桥逆变spwm调制
全桥逆变这玩意儿玩过的兄弟都懂，核心就是如何优雅地把直流电掰成交流电。最近在实验室折腾FPGA实现SPWM（正弦脉宽调制），发现用硬件描述语言搞这个比想象中有意思得多——特别是看着示波器上跳出来的正弦波时，那种颅内高潮可比写软件爽多了。
先说关键模块：三角载波生成和正弦调制波生成。这里有个骚操作是用FPGA的计数器直接生成锯齿波，再通过镜像翻转搞出对称三角波。Verilog代码大概长这样：
module triangle_gen( input clk, output reg [15:0] tri_wave ); reg direction; always @(posedge clk) begin if (direction) begin tri_wave <= (tri_wave == 16'hFFFF) ? tri_wave - 1 : tri_wave + 1; if (tri_wave == 16'hFFFF) direction <= 0; end else begin tri_wave <= (tri_wave == 0) ? tri_wave + 1 : tri_wave - 1; if (tri_wave == 0) direction <= 1; end end endmodule这段代码最妙的地方在于用direction标志位控制计数方向，省去了传统方案里的比较器资源。不过要注意时钟频率和计数步长的匹配，之前翻车过几次，调出来的三角波像被狗啃过似的。
正弦波生成更讲究技巧。实测用DDS（直接数字频率合成）比查表法更省资源，特别是当我们要做频率可调的时候。核心代码如下：
reg [31:0] phase_accum; always @(posedge clk) phase_accum <= phase_accum + freq_control; wire [15:0] sin_value; sine_lut lut_inst ( .clk(clk), .phase(phase_accum[31:24]), .sine(sin_value) );这里的phaseaccum每次累加实际上是在做相位积分，取高8位作为ROM地址。注意sinelut模块需要提前用MATLAB生成.coe文件初始化，记得把幅度归一化到0-255范围，这样后面调制时才不会溢出。
重头戏在比较器模块，这里藏着SPWM的灵魂。当正弦调制波大于三角载波时输出高电平，反之低电平。但别急着直接比较，得先做幅度调制：
wire spwm_pulse = (mod_signal > tri_signal) ? 1'b1 : 1'b0;看起来简单到令人发指？但这里有个魔鬼细节——死区时间控制。全桥的上下管绝对不能同时导通，否则分分钟放烟花。我们的处理方案是在硬件层面插入固定延迟：
// 死区时间插入 reg pwm_delay; always @(posedge clk) pwm_delay <= spwm_pulse; assign pwm_out = spwm_pulse ? 1'b1 : (pwm_delay ? 1'b1 : 1'b0);这个骚操作相当于在下降沿插入一个时钟周期的延迟，具体时长由系统时钟决定。实测在50MHz时钟下，4ns的死区时间足够应对大多数MOS管的关断延迟。
最后上电测试时，记得先用电阻负载试车。第一次看到LC滤波器输出完美正弦波时，差点在实验室喊出"Eureka"。不过后来调频时发现THD（总谐波失真）有点高，发现是三角波分辨率不够，把计数器从12bit升级到16bit才解决。
用FPGA搞电力电子控制最大的乐趣在于，你能在硬件层面实现真正的并行控制。比如同时生成四路带死区的SPWM信号，软件方案想都别想这种实时性。现在这套方案已经跑在实验室的3kW逆变器上，就是开发板散热片烫得能煎鸡蛋这点比较蛋疼...
