基于FPGA的PWM控制器设计及应用

摘要

数字电源与传统的模拟电源相比具有灵活变换、精确控制、实时监控、稳定可靠等优点，在近几年得到高速发展，尤其在高端领域是模拟电源不能替代的。随着越来越多的国际设计公司开始涉足数字电源，数字电源正成为电源领域的研究热点。现场可编程门阵列器件(FPGA)是一种新型集成电路，可以将众多的控制功能模块集成为一体，具有集成度高、实用性强、高性价比、便于开发等优点，因而具有广泛的应用前景。
　　 本文研究和设计了一款基于FPGA 电压控制型PWM 数字控制器，控制器结构分三个部分：ADC、PID 控制器和数字PWM 发生器。根据ADC的分辨率和采样率要求选用合适的A/D 转换电路；数字PID 控制器是通过设计连续域的PID 控制器，利用零极点匹配方法将其转换成离散域PID 控制器；数字PWM 发生器的设计是根据系统精度要求确定分辨率要求，经分析比较各种方法后确定采用计数-比较方式实现。
　　 整个设计利用Altera 公司的EDA 工具Quartus Ⅱ软件，采用自顶向下的方法对该控制器进行了RTL级详细设计，运用模块化结构设计易于移植，整个控制系统便于功能扩展和升级。设计完成后，对各模块和系统进行了仿真，最后将程序下载到EP2C5Q208C8N 芯片中进行了系统功能测试。
　　 数字控制器的系统验证是先通过Simulink 建立系统模型，验证控制器的环路补偿特性和系统稳定性，然后将控制器应用于Buck 电路进行测试，测试结果表明纹波系数为1.6％；在负载或输入电压变化情况下，电源系统的输出电压能快速恢复到稳定状态，总体性能达到预期设计目标。实验结果证明了理论分析的正确性和提出方案的可行性。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

2 数字控制DC/DC 变换器的组成及工作原理

3 数字化控制器的设计

4 数字化控制器的FPGA 实现

5 系统仿真与结果验证

6 总结

致 谢

参考文献