基于FPGA的中频电源控制电路的研究

摘要

随着FPGA技术的出现，凭借其在设计上的优越性，使得它在电子设计领域备受关注，在数字控制系统的应用也越来越广泛。本课题主要研究了FPGA技术在中频电源控制电路中的应用，目的在于实现一个安全稳定的高效的感应加热环境。
　　 针对控制系统电路进行了详细的研究。首先，在参阅国内外相关文献的基础上，分析了感应加热原理和感应加热技术的发展以及控制电路存在的不足之处。其次，分析了中频电源控制电路的工作原理和工作状态，为控制电路的设计提供了理论指导。最后，提出一种基于新型可编程逻辑器件的控制策略。
　　 本文介绍了中频感应加热系统所涉及的一些概念及所要用到的一些技术，同时对各个模块的控制原理及可行性进行了分析和研究。介绍了FPGA的设计流程，以及设计了控制系统所需的各个硬件电路。
　　 本文围绕着三个重点进行阐述。首先，阐述了基于FPGA的整流控制方法，采用双窄脉冲的输出去触发晶闸管导通，通过控制整流角的大小来控制直流电压输出，从而控制整个中频电源功率的大小。其次，阐述了基于FPGA的全数字锁相环模块，分析其工作原理，提出了改进锁相环的方法，增加了数字锁频的范围，能最大限度跟随负载的变化找到其谐振频率。基于数字锁相环，设计了扫频模块，实现了它激转自激的启动方案。扫频范围很容易通过改变设计文档来调整，满足各种不同频率的需要。最后，阐述了外围硬件电路的设计，并进行了硬件电路的设计和仿真。例如信号获取电路，反馈电路，PI调节电路和保护电路等。
　　 最终，把主要控制电路集成到一块FPGA芯片里，这样大大缩小了系统的体积，提高了系统的稳定性，并使得对中频感应加热系统的控制更加智能化，同时也使得其操作安全性得到了很大的提高，从而达到设计的目的。研究结果表明，利用FPGA技术来实现中频电源的控制是可行的，并且具有很强的实用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2感应加热技术

1.2.1感应加热的基本原理

1.2.2感应加热技术的应用及发展

1.2.3中频感应电源控制电路的不足之处

1.3数字化控制技术

1.3.1可编程逻辑器件在电力电子技术中的应用

1.3.2可编程逻辑器件以及EDA技术的发展与应用

1.4本课题的研究意义和主要工作

1.4.1课题研究的意义

1.4.2本课题的主要工作

2 FPGA数字系统的设计概述

2.1数字系统设计的基本理论

2.2 FPGA开发流程

2.3开发工具

2.4 VerilogHDL语言简介

2.5本章小结

3中频电源原理

3.1中频电源

3.2三相可控桥式整流电路的工作原理

3.3逆变电路原理

3.3.1逆变器原理

3.3.2中频电源的逆变电路

3.4本章小结

4基于FPGA控制电路设计与分析

4.1控制电路整体设计

4.2 FPGA硬件电路设计

4.2.1 Cyclone器件

4.2.2 FPGA硬件电路

4.2.3 FPGA配置电路

4.3整流控制模块设计

4.3.1整流模块设计原理

4.3.2整流模块设计与仿真

4.4锁相环电路设计

4.4.1锁相环的工作原理

4.4.2数字锁相环模块设计

4.5扫描启动电路的设计

4.5.1扫频电路的原理

4.5.2基于数字锁相环的扫频模块设计

4.6逆变角控制

4.6.1逆变角

4.6.2逆变角控制原理

4.6.3逆变角控制模块设计与仿真

4.7外围控制模块设计

4.7.1定时器模块设计

4.7.2保护控制模块

4.7.3显示模块

4.8本章小结

5外围硬件控制电路及实验结果分析

5.1硬件电路设计与仿真

5.1.1反馈信号整流电路

5.1.2中频频率采集电路

5.1.3比例积分(PI)电路设计

5.1.4频率调节电路

5.1.5保护电路设计

5.2实验结果分析

5.2.1整流部分的实验波形

5.2.2逆变部分波形

5.3本章小结

6总结与展望

致 谢

参考文献

附 录