I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   R e c o n f i g u r a b l e   a n d   E m b e d d e d   S y s t e m s   ( I J R E S )   V o l .   1 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 1 2 ,   p p .   1 1 ~ 1 8   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4             1 1       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J R E S   E f f e c t u a l   S V P W M   T e c h n i q u e s   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   F P G A   B a s e d   I n d u c t i o n   M o t o r   D r i v e       S a r a v a n a n . M 1 ,   N a n d a k u m a r . R 2 ,   V e e r a b a l a j i . G 3   1 , 3 D e p a r t m e n t   o f   e l e c t r o n i c s   a n d   c o m m u n i c a t i o n ,   S . N . S . C o l l e g e   o f   T e c h n o l o g y - CBE   2 , 3 D e p a r t m e n t   o f   V L S I   D E S I G N ,   N a t i o n a l   I n s t i t u t e   o f   E l e c t r o n i c s   a n d   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y   ( N I E L I T ) - Ca l i c u t       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   J a n   2 2 ,   2 0 1 2   R e v i s e d   M a r   1 0 ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   M a r   1 5 ,   2 0 1 2       T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a   f i e l d   p r o g r a m m a b l e   g a t e   a r r a y   ( F P G A ) - b a s e d   c o n t r o l   i n t e g r a t e d   c i r c u i t s   ( I C)   f o r   c o n t r o l l i n g   t h e   p u l s e w i d t h   m o d u l a t i o n   ( P W M )   i n v e r t e r   u s e d   i n   p o w e r   c o n d i t i o n i n g   s y s t e m   f o r   a c - v o l t a g e   r e g u l a t i o n .   S p a c e   v e c t o r   p u l s e w i d t h   m o d u l a t i o n   ( S V P W M )   a l g o r i t h m   o f f e r s   g r e a t   f l e x i b i l i t y   t o   o p t i m i s e   s w i t c h i n g   w a v e f o r m .   A m o n g   t h e m ,   d o u b l e   e d g e   t r i g g e r i n g   c a n   b e   i m p l e m e n t e d ;   I t   c o n s u m e s   l e s s   p o w e r   c o m p a r e   t o   o t h e r   P W M   t e c h n i q u e s .   T h e   S V P W M   p u l s e s   t h u s   g e n e r a t e d   t h r o u g h   X i l i n x   i s   g i v e n   a s   s w i t c h i n g   p u l s e s   t o   v o l t a g e   s o u r c e   i n v e r t e r   ( V S I )   c i r c u i t   t o   t r i g g e r   t h e   m o t o r .   T h e   d e l a y   t i m e   o f   P W M   o u t p u t   i s   p r o g r a m m a b l e   a n d   S V P W M   c o n t r o l   I i s   r e p r o g r a m m a b l e . I t   s h o w s   t h e   a d v a n t a g e   o f   l o w e r   t o t a l   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   ( T H D )   w i t h o u t   i n c r e a s i n g   t h e   s w i t c h i n g   l o s s e s .   Re s u l t s   a r e   p r o v i d e d   a l o n g   w i t h   s i m u l a t i o n   a n a l y s i s   i n   t e r m s   o f   T H D ,   o u t p u t   f u n d a m e n t a l   v o l t a g e   a n d   v o l t a g e   t r a n s f e r   r a t i o   t o   v e r i f y   t h e   f e a s i b i l i t y   o f   o p e r a t i o n .   T h e   S V P W M   s w i t c h i n g   p a t t e r n   h a s   b e e n   a c h i e v e d   w i t h   a   f u n d a m e n t a l   f r e q u e n c y   o f   5 0 H z .   K e y w o r d :   f i e l d   p r o g r a m m a b l e   g a t e   a r r a y   ( F P G A )   i n t e g r a t e d     c i r c u i t s   ( I C)   s p a c e   v e c t o r   p u l s e w i d t h   m o d u l a t i o n   ( S V P W M )   t o t a l   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   ( T H D )   v o l t a g e   s o u r c e   i n v e r t e r   ( V S I )   Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   V E E R A B A L A J I . G ,   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r o n i c s   a n d   C o m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g ,   S . N . S . C o l l e g e   o f   T e c n o l o g y ,   S a k t h y   m a i n   r o a d ,   k a l a p a t t i   ( p o ) ,   C o i m b a t o r e - 6 3 8 0 0 4 5 ,   T a m i l n a d u ,   I N D I A   E m a i l :   v e e r a b a l a j i 3 @ r e d i f f m a i l . c o m ,   v e e r a b a l a j i 1 9 8 9 @ y a h o o . c o m       1 .       I N T R O D U C T I O N     B e c a u s e   o f   a d v a n c e s   i n   s o l i d   s t a t e   p o w e r   d e v i c e s   a n d   m i c r o p r o c e s s o r s   , s w i t c h i n g   p o w e r   c o n v e r t e r s   a r e   u s e d   i n   m o r e   a n d   m o r e   m o d e r n   m o t o r   d r i v e s   t o   c o n v e r t   a n d   d e l i v e r   t h e   r e q u i r e d   e n e r g y   t o   t h e   m o t o r .     V a r i a b l e   f r e q u e n c y   a c   d r i v e s   a r e   i n c r e a s i n g l y   u s e d   f o r   v a r i o u s   a p p l i c a t i o n s   i n   i n d u s t r y   a n d   t r a c t i o n .   P u l s e   w i d t h   m o d u l a t e d   ( P W M )   d c - a c   c o n v e r t e r s   h a v e   a   w i d e   r a n g e   o f   a p p l i c a t i o n s   i n   a c   m o t o r   d r i v e s   a n d   a c   p o w e r   c o n d i t i o n i n g   s y s t e m s   [ 1 ] .   T h e   P W M   s t r a t e g y   p l a y s   a n   i m p o r t a n t   r o l e   i n   t h e   m i n i m i z a t i o n   o f   h a r m o n i c s   a n d   s w i t c h i n g   l o s s e s   i n   t h e s e   c o n v e r t e r s ,   e s p e c i a l l y   i n   t h e   t h r e e - p h a s e   a p p l i c a t i o n s . V a r i o u s   m o d u l a t i o n   s t r a t e g i e s ,   c o n t r o l   s c h e m e s ,   a n d   r e a l i z a t i o n   t e c h n i q u e s   [ 2 ] .   I n   t h e   d e s i g n   o f   a   P W M   c o n t r o l   I C ,   t h e r e   a r e   m a n y   f a c t o r s   n e e d   t o   b e   c o n s i d e r e d ,   s u c h   a s   s i m p l i c i t y ,   f l e x i b i l i t y ,   a n d   c o m p l e x i t y   i n   t h e   c i r c u i t   d e s i g n .   T h e   w i d t h   o f   t h e   p u l s e s   c h a n g e s   f r o m   p u l s e   t o   p u l s e   a c c o r d i n g   t o   a   m o d u l a t i n g   s i g n a l .   W h e n   a   P W M   s i g n a l   i s   a p p l i e d   t o   t h e   g a t e   o f   a   p o w e r   t r a n s i s t o r ,   i t   c a u s e s   t h e   t u m   o n   a n d   t u r n   o f f   i n t e r v a l s   o f   t h e   t r a n s i s t o r   t o   c h a n g e   f r o m   o n e   P W M   p e r i o d   t o   a n o t h e r   P W M   p e r i o d   a c c o r d i n g   t o   t h e   s a m e   m o d u l a t i n g   s i g n a l .   A s   t o   m o d u l a t i o n   i s   c o n c e r n e d   t h e   s p a c e   v e c t o r   m o d u l a t i o n   ( S V M )   h a s   a t t r a c t e d   g r e a t   i n t e r e s t   i n   r e c e n t   y e a r s .   B e c a u s e   t h e   h a r m o n i c       b e t t e r   t h a n   t h o s e   o f   t h e   o t h e r   m o d u l a t i o n   m e t h o d .   T h e   a d v a n t a g e   o f   l o w e r   T H D   i s   w i t h o u t   i n c r e a s i n g   t h e   s w i t c h i n g   l o s s e s .   T h e   e m e r g e n c e   o f   m u l t i l e v e l   i n v e r t e r s   h a s   b e e n   i n   i n c r e a s e   s i n c e   t h e   l a s t   d e c a d e .   T h e s e   n e w   t y p e s   o f   c o n v e r t e r s   a r e   s u i t a b l e   f o r   h i g h   v o l t a g e   a n d   h i g h   p o w e r   a p p l i c a t i o n   d u e   t o   t h e i r   a b i l i t y   t o   s y n t h e s i z e   w a v e f o r m s   w i t h   b e t t e r   h a r m o n i c   s p e c t r u m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 1     1 8   1 2 T h u s   t h i s   p a p e r   d e m o n s t r a t e s   t h a t   a   m o r e   e f f i c i e n t   a n d   f a s t e r   s o l u t i o n   i s   t h e   u s e   o f   F i e l d   P r o g r a m m a b l e   G a t e   A r r a y   ( F P G A s ) ,   i t   i n v e s t i g a t e s   h o w   t o   g e n e r a t e   a   v a r i a b l e   P W M   w a v e f o r m   b a s e d   o n   X i l i n x   F P G A   a n d   t h e   p r o p o s e d   d e s i g n   i s   t e s t e d   b y   f u n c t i o n a l / t i m i n g   s i m u l a t i o n   a n d   e x p e r i m e n t s . T h e   r e s t   o f   t h e   p a p e r   i s   o r g a n i z e d   a s   f o l l o w s .   S e c t i o n   I I   p i c t o r i a l   r e p r e s e n t a t i o n   o f   a   t h r e e   p h a s e   i n v e r t e r   c i r c u i t . S e c t i o n   I I I   b r i e f l y   i n t r o d u c e s   t h e   p r i n c i p l e   o f   s y m m e t r i c a l   s p a c e   v e c t o r   P W M   m e t h o d .   S e c t i o n   I V   d e t a i l s   o n   F P G A . S e c t i o n   V   t h e   h a r d w a r e   c i r c u i t   r e p r e s e n t e d   a s   a n   b l o c k   d i a g r a m .   S e c t i o n   V I   e x p l a i n s   t h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a n d   S e c t i o n   V I I   i s   t h e   c o n c l u s i o n .       2 .     M U L T I L E V E L   A N D   T H R E E   P H A S E   I N V E R T E R   C I R C U I T S   A m o n g   t h e   f a m i l i a r   t o p o l o g i e s ,   t h e   m o s t   p o p u l a r   o n e   i s   c a s c a d e d   m u l t i l e v e l   i n v e r t e r .   I t   e x h i b i t s   s e v e r a l   a t t r a c t i v e   f e a t u r e s   s u c h   a s   s i m p l e   c i r c u i t   l a y o u t ,   l e s s   c o m p o n e n t s   c o u n t s ,   m o d u l a r   i n   s t r u c t u r e   a n d   a v o i d   u n b a l a n c e   c a p a c i t o r   v o l t a g e   p r o b l e m .   H o w e v e r   a s   t h e   n u m b e r   o f   o u t p u t   l e v e l   i n c r e a s e s ,   t h e   c i r c u i t   b e c o m e s   b u l k y   d u e   t o   t h e   i n c r e a s e   i n   t h e   n u m b e r   o f   p o w e r   d e v i c e s .   I n   t h i s   p r o j e c t ,   i t   i s   p r o p o s e d   t o   e m p l o y   a   n e w   t e c h n i q u e   t o   o b t a i n   a   m u l t i l e v e l   o u t p u t   u s i n g   l e s s   n u m b e r   o f   p o w e r   s e m i c o n d u c t o r   s w i t c h e s   w h e n   c o m p a r e d   t o   o r d i n a r y   c a s c a d e d   m u l t i l e v e l   i n v e r t e r   [ 3 ] .     T h e   i n v e r t e r   c o n s i s t s   o f   s e v e n   M O S F E T   s w i t c h e s   a n d   t h r e e   s e p a r a t e   D C   s o u r c e s   w i t h   a   l o a d .   B y   s w i t c h i n g   t h e   M O S F E T S   a t   t h e   a p p r o p r i a t e   f i r i n g   a n g l e s ,   w e   c a n   o b t a i n   t h e   s e v e n   l e v e l   o u t p u t   v o l t a g e .   M O S F E T   i s   p r e f e r r e d   b e c a u s e   o f   i t s   f a s t   s w i t c h i n g   n a t u r e .   R e c e n t   d e v e l o p m e n t   i n   h i g h   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   p o w e r   d e v i c e s ,   s u c h   a s   I G B T ,   o f f e r s   t h e   p o s s i b i l i t y   o f   d e v e l o p i n g   h i g h   f r e q u e n c y   P W M   c o n t r o l   t e c h n i q u e s .                                                                                                     F i g u r e   1 .   B l o c k   d i a g r a m   o f   p r o p o s e d   F P G A   b a s e d     S V P W M   c o n t r o l         3 .     P R I N C I P L E   O F   S P A C E   V E C T O R   P W M   3 . 1   P r i n c i p l e   o f   P u l s e   W i d t h   M o d u l a t i o n   ( P W M )                   F i g .   2   s h o w s   c i r c u i t   m o d e l   o f   a   s i n g l e - p h a s e   i n v e r t e r   w i t h   a   c e n t e r - t a p e d   g r o u n d e d   D C   b u s , a n d   F i g   3   i l l u s t r a t e s   p r i n c i p l e   o f   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n .           F i g u r e   2 .   C i r c u i t   m o d e l   o f   a   s i n g l e - p h a s e   i n v e r t e r .           F i g u r e   3 .   P u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n .       A s   d e p i c t e d   i n   F i g .   3 ,   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   v o l t a g e   i s   d e t e r m i n e d   i n   t h e   f o l l o w i n g :   -   W h e n   V c o n t r o l   >   V t r i ,   V A 0   =   V d c / 2   -   W h e n   V c o n t r o l   <   V t r i ,   V A 0   =   V d c / 2   A l s o ,   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   v o l t a g e   h a s   t h e   f o l l o w i n g   f e a t u r e s :   S V P W M   W I T H   D O U B L E   E D G E   D C   I N P U T   V O L T A G E   M U L T I L E V E L   A N D   T H R E E   P H A S E       L O A D   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E S   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4       E f f e c t u a l   S V P W M   T e c h n i q u e s   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   F P G A   B a s e d   I n d u c t i o n   M o t o r   D r i v e   ( S a r a v a n a n . M )   1 3 -   P W M   f r e q u e n c y   i s   t h e   s a m e   a s   t h e   f r e q u e n c y   o f   V t r i   -   A m p l i t u d e   i s   c o n t r o l l e d   b y   t h e   p e a k   v a l u e   o f   V c o n t r o l   -   F u n d a m e n t a l   f r e q u e n c y   i s   c o n t r o l l e d   b y   t h e   f r e q u e n c y   o f   V c o n t r o l     3 . 2   P r i n c i p l e   o f   S p a c e   V e c t o r   P W M   T h e   c i r c u i t   m o d e l   o f   a   t y p i c a l   t h r e e - p h a s e   v o l t a g e   s o u r c e   P W M   i n v e r t e r . S 1   t o   S 6   a r e   t h e   s i x   p o w e r   s w i t c h e s   t h a t   s h a p e   t h e   o u t p u t ,   w h i c h   a r e   c o n t r o l l e d   b y   t h e   s w i t c h i n g   v a r i a b l e s   a ,   a ,   b ,   b ,   c   a n d   c .   W h e n   a n   u p p e r   t r a n s i s t o r   i s   s w i t c h e d   o n ,   i . e . ,   w h e n   a ,   b   o r   c   i s   1 .   T h e   c o r r e s p o n d i n g   l o w e r   t r a n s i s t o r   i s   s w i t c h e d   o f f ,   i . e . ,   t h e   c o r r e s p o n d i n g   a ,   b   o r   c   i s   0 . T h e r e f o r e ,   T h e   o n   a n d   o f f   s t a t e s   o f   t h e   u p p e r   t r a n s i s t o r s   S 1 ,   S 3   a n d   S 5   c a n   b e   u s e d   t o   d e t e r m i n e   t h e   o u t p u t   v o l t a g e .   A s   i l l u s t r a t e d   i n   F i g .   4 ,   t h e r e   a r e   e i g h t   p o s s i b l e   c o m b i n a t i o n s   o f   o n   a n d   o f f   p a t t e r n s   f o r   t h e   t h r e e   u p p e r   p o w e r   s w i t c h e s .   T h e   o n   a n d   o f f   s t a t e s   o f   t h e   l o w e r   p o w e r   d e v i c e s   a r e   o p p o s i t e   t o   t h e   u p p e r   o n e   a n d   s o   a r e   e a s i l y   d e t e r m i n e d   o n c e   t h e   s t a t e s   o f   t h e   u p p e r   p o w e r   t r a n s i s t o r s   a r e   d e t e r m i n e d .   t h e   e i g h t   s w i t c h i n g   v e c t o r s ,   o u t p u t   l i n e   t o   n e u t r a l   v o l t a g e   ( p h a s e   v o l t a g e ) ,   a n d   o u t p u t   l i n e - t o - l i n e   v o l t a g e s   i n   t e r m s   o f   D C - l i n k   V d c ,   a r e   g i v e n   i n   T a b l e 1   a n d   F i g .   5   s h o w s   t h e   e i g h t   i n v e r t e r   v o l t a g e   v e c t o r s   ( V 0   t o   V 7 ) .           F i g u r e   4 .   T h e   e i g h t   i n v e r t e r   v o l t a g e   v e c t o r s   ( V 0   t o   V 7 ) .         F i g u r e   5 .   L o c u s   c o m p a r i s o n   o f   m a x i m u m   l i n e a r   c o n t r o l   v o l t a g e   i n   S i n e   P W M   a n d   S V P W M .         F i g u r e   6 .   T h e   r e l a t i o n s h i p   o f   a b c   r e f e r e n c e   f r a m e   a n d   s t a t i o n a r y   d q   r e f e r e n c e   f r a m e .                                 S p a c e   V e c t o r   P W M   ( S V P W M )   r e f e r s   t o   a   s p e c i a l   s w i t c h i n g   s e q u e n c e   o f   t h e   u p p e r   t h r e e   p o w e r   t r a n s i s t o r s   o f   a   t h r e e - p h a s e   p o w e r   i n v e r t e r .   I t   h a s   b e e n   s h o w n   t o   g e n e r a t e   l e s s   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   i n   t h e   o u t p u t   v o l t a g e s   a n d   o r   c u r r e n t s   a p p l i e d   t o   t h e   p h a s e s   o f   a n   A C   m o t o r   a n d   t o   p r o v i d e   m o r e   e f f i c i e n t   u s e   o f   s u p p l y   v o l t a g e   c o m p a r e d   w i t h   s i n u s o i d a l   m o d u l a t i o n   t e c h n i q u e   a s   s h o w n   i n   F i g .   6 .     f d q 0   =   K s f a b c                                           A s   d e s c r i b e d   i n   F i g .   7 ,   t h i s   t r a n s f o r m a t i o n   i s   e q u i v a l e n t   t o   a n   o r t h o g o n a l   p r o j e c t i o n   o f   [ a ,   b , c ] t   o n t o   t h e   t w o - d i m e n s i o n a l   p e r p e n d i c u l a r   t o   t h e   v e c t o r   [ 1 ,   1 ,   1 ] t   ( t h e   e q u i v a l e n t   d - q   p l a n e )   i n   a   t h r e e - d i m e n s i o n a l   c o o r d i n a t e   s y s t e m .   A s   a   r e s u l t ,   s i x   n o n - z e r o   v e c t o r s   a n d   t w o   z e r o   v e c t o r s   a r e   p o s s i b l e .   S i x   n o n z e r o   v e c t o r s   ( V 1   -   V 6 )   s h a p e   t h e   a x e s   o f   a   h e x a g o n a l   a s   d e p i c t e d   i n   F i g .   8 ,   a n d   f e e d   e l e c t r i c   p o w e r   t o   t h e   l o a d .   T h e   a n g l e   b e t w e e n   a n y   a d j a c e n t   t w o   n o n - z e r o   v e c t o r s   i s   6 0   d e g r e e s .   M e a n w h i l e ,   t w o   z e r o   v e c t o r s   ( V 0   a n d   V 7 )   a r e   a t   t h e   o r i g i n   a n d   a p p l y   z e r o   v o l t a g e   t o   t h e   l o a d .   T h e   e i g h t   v e c t o r s   a r e   c a l l e d   t h e   b a s i c   s p a c e   v e c t o r s   a n d   a r e   d e n o t e d   b y   V 0 ,   V 1 ,   V 2 ,   V 3 ,   V 4 , V 5 ,   V 6 ,   a n d   V 7 .   T h e   s a m e   t r a n s f o r m a t i o n   c a n   b e   a p p l i e d   t o   t h e   d e s i r e d   o u t p u t   v o l t a g e   t o   g e t   t h e   d e s i r e d   r e f e r e n c e   v o l t a g e   v e c t o r   V r e f   i n   t h e   d - q   p l a n e . T h e   o b j e c t i v e   o f   s p a c e   v e c t o r   P W M   t e c h n i q u e   i s   t o   a p p r o x i m a t e   t h e   r e f e r e n c e   v o l t a g e   v e c t o r   V r e f   u s i n g   t h e   e i g h t   s w i t c h i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 1     1 8   1 4 p a t t e r n s .   O n e   s i m p l e   m e t h o d   o f   a p p r o x i m a t i o n   i s   t o   g e n e r a t e   t h e   a v e r a g e   o u t p u t   o f   t h e   i n v e r t e r   i n   a   s m a l l   p e r i o d ,   T   t o   b e   t h e   s a m e   a s   t h a t   o f   V r e f   i n   t h e   s a m e   p e r i o d .           F i g u r e   7 .   B a s i c   s w i t c h i n g   v e c t o r s   a n d   s e c t o r s                           T h e r e f o r e ,   s p a c e   v e c t o r   P W M   c a n   b e   i m p l e m e n t e d   b y   t h e   f o l l o w i n g   s t e p s :     S t e p   1 .   D e t e r m i n e   V d ,   V q ,   V r e f ,   a n d   a n g l e   ( α )     S t e p   2 .   D e t e r m i n e   t i m e   d u r a t i o n   T 1 ,   T 2 ,   T 0     S t e p   3 .   D e t e r m i n e   t h e   s w i t c h i n g   t i m e   o f   e a c h   t r a n s i s t o r   ( S 1   t o   S 6 )     3 . 2 . 1   S t e p   1 :   D e t e r m i n e   V d ,   V q ,   V r e f ,   a n d   a n g l e   ( α )   F r o m   F i g .   7 ,   t h e   V d ,   V q ,   V r e f ,   a n d   a n g l e   ( α )   c a n   b e   d e t e r m i n e d   a s   f o l l o w s .     3 . 2 . 2   S t e p   2 :   D e t e r m i n e   t i m e   d u r a t i o n   T 1 ,   T 2 ,   T 0   F r o m   F i g .   1 0 ,   t h e   s w i t c h i n g   t i m e   d u r a t i o n   c a n   b e   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s :           F i g u r e   8 . R e f e r e n c e   v e c t o r   a s   a   c o m b i n a t i o n   o f   a d j a c e n t   v e c t o r s   a t   s e c t o r   1 .       3 . 2 . 3   S t e p   3 :   D e t e r m i n e   t h e   s w i t c h i n g   t i m e   o f   e a c h   t r a n s i s t o r   ( S 1   t o   S 6 )   S i m u l a t i o n   S t e p s :   ( 1 )   I n i t i a l i z e   s y s t e m   p a r a m e t e r s   i n   M A T L A B / S I M U L N K   .   ( 2 )   P e r f o r m   M - F i l e   c o d i n g   t o   ( i ) D e t e r m i n e   s e c t o r   ( i i ) D e t e r m i n e   t i m e   d u r a t i o n   T 1 ,   T 2 ,   T 0   ( i i i ) D e t e r m i n e   t h e   s w i t c h i n g   t i m e   ( T a ,   T b ,   a n d   T c )   o f   e a c h   t r a n s i s t o r   ( S 1   t o   S 6 )   ( i v ) G e n e r a t e   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   v o l t a g e s   ( V A B ,   V B C ,   V C A , )   ( v ) G e n e r a t e   V H D L   C o d i n g s   t h r o u g h   s o f t w a r e   c o n v e r t i o n   t o o l   ( v i ) B u r n   t h e   p r o g r a m   i n   t h e   F P G A   k i t   ( v i i )   V i e w   t h e   S V P W M   w a v e f o r m s   t h r o u g h   x i l i n g s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E S   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4       E f f e c t u a l   S V P W M   T e c h n i q u e s   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   F P G A   B a s e d   I n d u c t i o n   M o t o r   D r i v e   ( S a r a v a n a n . M )   1 5 4 .     F I E L D   P R O G R A M M A B L E   G A T E   A R R A Y   A   F i e l d - P r o g r a m m a b l e   G a t e   A r r a y   o r   F P G A   i s   a   s i l i c o n   c h i p   c o n t a i n i n g   a n   a r r a y   o f   c o n f i g u r a b l e   l o g i c   b l o c k s   ( C L B s ) .   Un l i k e   a n   Ap p l i c a t i o n   S p e c i f i c   I n t e g r a t e d   C i r c u i t   ( AS I C )   wh i c h   c a n   p e r f o r m   a   s i n g l e   s p e c i f i c   f u n c t i o n   f o r   t h e   l i f e t i m e   o f   t h e   c h i p   a n   F P GA  c a n   b e   r e p r o g r a m m e d   t o   p e r f o r m   d i f f e r e n t   f u n c t i o n   i n   a   m a t t e r   o f   m i c r o s e c o n d s .   T h e   d e s i g n   u s e d   X i l i n x   d e v e l o p m e n t   t o o l s ,   n a m e l y   W o r k v i e w ,   a n d   i s   r e a l i z e d   i n   a   s i n g l e   F P G A   c h i p   w i t h   n o   e x t e r n a l   m e m o r y [ 5 ] .   T h e   b e n e f i t s   o f   t h i s   d e s i g n   a r e   a s   f o l l o w s     T h e   w h o l e   s y s t e m   i s   i m p l e m e n t e d   i n   o n l y   a   s i n g l e   c h i p   c o n s e q u e n t l y   t h e   c i r c u i t   i s   v e r y   c o m p a c t .     S y s t e m s   o f   F P G A   c h i p   a r e   m o r e   r e l i a b l e   b e c a u s e   t h e y   d o   n o t   n e e d   a n y   c o n t r o l   s o f t w a r e     F a s t e r   d e s i g n   a n d   v e r i f i c a t i o n   t i m e ,   d e s i g n   c h a n g e   w i t h o u t   p e n a l t y .   I n   t h i s   p a p e r   p r o g r a m m i n g   F P G A   u s i n g   H a r d w a r e   D e s c r i p t i o n   L a n g u a g e s   a n d   c o d i n g   a r e   u s e d   t o   g e n e r a t e   t h e   S p a c e   V e c t o r   M o d u l a t i o n   f o r   t h e   i n v e r t e r   c i r c u i t .   T h e   p o i n t   t o   b e   n o t e d   h e r e   i s   t h a t   i n s t e a d   o f   w r i t i n g   t h e   d i r e c t   V H D L   C o d i n g s   f i r s t l y   t h e   M - F i l e   c o d i n g s   a r e   w r i t t e n   t o   g e n e r a t e   t h e   S V P W M   p u l s e s   a n d   t h e n   a f t e r   b y   u s i n g     t h e   s o f t w a r e   c o n v e r t e r   V H D L   c o d i n g   a r e   g e n e r a t e d . T h e r b y   t h e   w o r k   r e q u i r e s   l e s s   t i m e   a n d   f a s t   o p e r a t i o n .   T h e   M A T L A B / S I M U L N K   e n v i r o n m e n t   i s   f a m i l i a r   t o   v a s t   n u m b e r   o f   s o f t w a r e   p r o g r a m m e r s   a n d   s i n c e   m - f i l e   c o d i n g   i s   v e r y   m u c h   c o m m o n   t o   m o s t   o f   t h e   p r o g r a m m e r s   i t   b e c o m e s   e a s i e r   f o r   i n d i v i d u a l s   t o   w o r k   i n   t h i s   s o f t w a r e .   A   v e r y   a t t r a c t i v e   h i g h - l e v e l   d e s i g n / s i m u l a t i o n   t o o l   i s   p r o v i d e d   b y   F P G A   a n d   i s   c a l l e d   X I L I N X .   I t   i s   a   v e r y   f l e x i b l e   d e s i g n   t o o l ,   w h i c h   a l l o w s   T e s t i n g   o f   a   h i g h - l e v e l   s t r u c t u r a l   d e s c r i p t i o n   o f   t h e   d e s i g n   a n d   m a k e s   p o s s i b l e   q u i c k   c h a n g e s   a n d   c o r r e c t i o n s .   T h e   c i r c u i t   d e s c r i p t i o n   s t r u c t u r e   i s   v e r y   s i m i l a r   t o   t h e   w a y   t h e   d e s i g n   c o u l d   b e   i m p l e m e n t e d   l a t e r .   T h e r e f o r e   m a p p i n g   t o o l   a l l o w i n g   c o n v e r s i o n   o f   s u c h   a   s t r u c t u r e   i n t o   V H D L   c o d e   w o u l d   s a v e   t h e   d e s i g n e r s   t i m e ,   w h i c h   o t h e r w i s e   h a s   t o   b e   s p e n t   i n   r e w r i t i n g   t h e   s a m e   s t r u c t u r e   i n   V H D L   a n d   p r o b a b l y   m a k i n g   m i s t a k e s   t h a t   w i l l   n e e d   d e b u g g i n g .                             F i g u r e   9 .   D i a g r a m   b l o c k   o f   o v e r a l l   s y s t e m           F i g u r e   1 0 .   E x p a n s i o n   o f   e a c h   b l o c k   i n   x i l i n x   V S I   I N D U C T I O N   M O T O R   O P T O   C O U P L E R   D R I V E R   S I N / C O S   G E N E R A T O R   S P V W M   G E N E R A T O R   2 / 3 A X I S   C O O R D I N A T O R   C O N V E R T E R   A N D   P H A S E   D U T Y   C A L C U L A T O R     V E C T O R   D Q - A X I S   D U T Y   G E N E R A T O Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 1     1 8   1 6     F i g u r e   1 1 .   S h o w s   s c h e m a t i c   o f   t h e   s v p w m   t e c h n i q u e s   i n   t h e   X i l i n x .           F i g u r e   1 2 .   S h o w s   t h e   o u t p u t   w a v e f o r m   o f   S V P W M         F i g u r e   1 3 .   S h o w s   t h e   S V P W M   t e c h n i q u e s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E S   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4       E f f e c t u a l   S V P W M   T e c h n i q u e s   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   F P G A   B a s e d   I n d u c t i o n   M o t o r   D r i v e   ( S a r a v a n a n . M )   1 7     F i g u r e   1 4 .   I n t r o d u c e   d e l a y   i n   t h e   s w i t c h e s .         F i g u r e   1 5 .   T a b l e   v i e w       6 .     C O N C L U S I O N   T h e   d e s i g n e d   S p a c e   V e c t o r   P W M   c o n t r o l   I C   f o r   i n d u c t i o n   m o t o r   d r i v e   h a s   b e e n   s i m u l a t e d   u s i n g   s i n g l e   F P G A .   T h e   o u t p u t   f u n d a m e n t a l   f r e q u e n c y   c a n   b e   v a r i e d   f r o m   1 . 4 6   H z   t o   1 . 5   k H z   a n d   t h e   P W M   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   c a n   b e   s e t   f r o m   1 9 5   H z   t o   4 9 . 9 2   k H z .   T h e   d e l a y   t i m e   o f   P W M   o u t p u t   i s   p r o g r a m m a b l e .   T h e   d e s i g n e d   S V P W M   c o n t r o l   I C   i s   r e p r o g r a m m a b l e .   T h e   s w i t c h i n g   p a t t e r n   g e n e r a t e d   w i l l   r e d u c e   t h e   h a r m o n i c   c o n t e n t , p r o v i d e s   e f f i c i e n t   a s   w e l l   f l e x i b l e   c o n t r o l   a n d   r e d u c e s   t h e   t o t a l   s i z e   o f   t h e   s y s t e m .   T h i s   S V P W M   I C   c a n   b e   u s e d   f o r   h i g h   p e r f o r m a n c e   a c   d r i v e s   a n d   p o w e r   c o n d i t i o n i n g   e q u i p m e n t   a s   a   m o d u l a t o r . I n   t h i s   p a p e r ,   a   t h e o r e t i c a l   s t u d y   c o n c e r n i n g   t h e   S V P W M   c o n t r o l   s t r a t e g y   o n   t h e   v o l t a g e   i n v e r t e r   b a s e d   o n   F P G A   i s   p r e s e n t e d .   T h i s   a i m s   o n   o n e   h a n d   t o   p r o v e   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   S V P W M   i n   t h e   c o n t r i b u t i o n   i n   t h e   s w i t c h i n g   p o w e r   l o s s e s   r e d u c t i o n .   S V P W M   i s   a m o n g   t h e   b e s t   s o l u t i o n   t o   a c h i e v e   g o o d   v o l t a g e   t r a n s f e r   a n d   r e d u c e d   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   i n   t h e   o u t p u t   o f   a n   i n v e r t e r .     O n   t h e   o t h e r   h a n d   s i n c e   F i e l d   p r o g r a m m a b l e   g a t e   a r r a y   ( F P G A )   h a v e   b e t t e r   a d v a n t a g e s   c o m p a r e d   t o   m i c r o p r o c e s s o r   a n d   D S P   c o n t r o l ,   t h i s   m o d u l a t i o n   t e c h n i q u e   i s   i m p l e m e n t e d   i n   a n   F P G A   b y   i n i t i a l l y   g e n e r a t i n g   m - f i l e   t h r o u g h   M a t l a b - S i m u l i n k   e n v i r o n m e n t .   T h e   F P G A   c o d i n g   m a k e s   i t   e a s i e r   i n   d e s i g n i n g   t h e   v e c t o r   m o d u l a t i o n   p a t t e r n   g e n e r a t o r   u s i n g   f i e l d   p r o g r a m m a b l e   A r r a y   . M o r e o v e r   t h e   M A T L A B / S I M U L N K   e n v i r o n m e n t   i s   f a m i l i a r   t o   v a s t   n u m b e r   o f   s o f t w a r e   p r o g r a m m e r s   a n d   s i n c e   m - f i l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 1     1 8   1 8 c o d i n g   i s   v e r y   m u c h   c o m m o n   t o   m o s t   o f   t h e   p r o g r a m m e r s   i t   b e c o m e s   e a s i e r   f o r   i n d i v i d u a l s   t o   w o r k   i n   t h i s   s o f t w a r e .       R E F E R E N C E S   [ 1 ]     H . W .   V a n   d e r   Br o e k ,   H . C.   S k u d e l n y ,   a n d   G . V .   S t a n k e ,   A n a l y s i s   a n d   r e a l i z a t i o n   o f   a   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t o r   b a s e d   o n   v o l t a g e   s p a c e   v e c t o r s ,   I E E E   T r a n s .   I n d .   A p p l i c a t . ,   V o l . 2 4 ,   p . p . 1 4 2     1 5 0 ,   J a n   /   F e b . 1 9 8 8 .   [ 2 ]     Z .   Y u ,   A .   M o h a m m e d ,   a n d   I .   P a n a h i ,   A   r e v i e w   o f   t h r e e   p w m   t e c h n i q u e s ,   i n   P r o c .   A m e r .   Co n t r o l   Co n f . ,   1 9 9 7 ,   p p .   2 5 7     2 6 1 .   [ 3 ]     J i n - W o o   J u n g ,   P h . d   S t u d e n t ,   O h i o   S t a t e   U n i v e r s i t y .   S p a c e   V e c t o r   P W M   I n v e r t e r .   [ 4 ]   Y i n g - y u   T z o u ;   H a u - J e a n   H s u ;   T i e n - S u n g   K u o .   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   Co n t r o l ,   a n d   I n s t r u m e n t a t i o n ,   1 9 9 6 . ,   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   1 9 9 6   I E E E   I E CO N   2 2 n d   I n t e r n a t i o n a l   Co n f e r e n c e .   F P G A   b a s e d   S V P W M   c o n t r o l   I f o r   3 - p h a s e   P W M   i n v e r t e r s .   V o l u m e   1 ,   I s s u e ,   5 - 1 0   A u g 1 9 9 6   P a g e s ( s ) : 1 3 8 - 1 4 3 .   [ 5 ]   Y . Y .   T z o u   a n d   H . J .   H s u ,   F P G A   r e a l i z a t i o n   o f   s p a c e - v e c t o r   P W M   c o n t r o l   I f o r   t h r e e - p h a s e   P W M   i n v e r t e r s   I E E E   T r a n s .   P o w e r E l e c t r o n . ,   v o l . 1 2 ,   n o . 6 ,   p p .   9 5 3 - 9 6 3 ,   N o v .   1 9 9 7 .       B I O G R A P H Y   O F   A U T H O R S       V E E RA BA L A J I . G   h a s   r e c e i v e d   B. E   ( E CE )   i n   A n n a   u n i v e r s i t y   o f   t e c h n o l o g y ,   c o i m b a t o r e , T N , I N D I A .   T h e n   d o i n g   M . E   i n   V L S I   D E S I G N     u n d e r   t h e   A N N A   U N I V E RS I T Y   O F   CO I M BA T O RE ,   i n   S . N . S   C o l l e g e   o f   t e c h n o l o g y   , Co i m b a t o r e .   H e   h a s   r e c e i v e d   5   N a t i o n a l   c o n f e r e n c e   ,   2   I n t e r n a t i o n a l   c o n f e r e n c e   c e r t i f i c a t e   a n d   a t t e n d   s o m e   w o r k s h o p . A l s o   r e c e i v e d   CI S CO   c e r t i f i c a t e   i n   t h e   CCN A ,   S e c u r e   F i r s t   c l a s s   w i t h   d i s t i n c t i o n   i n   a l l   s t u d i e s . P . G . d i p l o m a   i n     V L S I   D E S I G N     a n d   e m b e d d e d   d e s i g n   h a r d w a r e , i n   N I E L I T - C a l i c u t .               S A R A V A N A N . M   h a s   r e c e i v e d   B. E   ( E E E )   i n   C . I . T , T N , I N D I A .   T h e n     M . E   i n   V L S I   D E S I G N     u n d e r   t h e   A N N A   U N I V E RS I T Y   O F   CO I M BA T O RE ,   H e   h a s   r e c e i v e d   5   N a t i o n a l   c o n f e r e n c e   ,   a r r a n g e   s o m e   w o r k s h o p .   S e c u r e   F i r s t   c l a s s   w i t h   d i s t i n c t i o n   i n   a l l   s t u d i e s . N o w   A s s i s t a n t   P r o f e s s o r   i n   S . N . S   C o l l e g e   o f   t e c h n o l o g y   , Co i m b a t o r e .       N A N D A K U M A . R   h a s   w o r k   a s   S CI E N T I S T \ E N G I N E E R’ B’   i n   V L S I   D E S I G N   G r o u p , I n     N a t i o n a l   I n s t i t u t e   o f   E l e c t r o n i c s   a n d   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y   ( N I E L I T ) - Ca l i c u t .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.