基于FPGA的脉冲电源数字化控制器的研究

摘要

本文对基于FPGA的脉冲电源数字化控制器做了深入的研究。首先较为详细的分析了课题应用的全桥变换器以及目前比较流行的几种控制方式:在此基础上,设计了一种基于FPGA的数字化控制方案,并在Cyclonel系列EPIC12()240C8芯片上进行了控制系统、数字量的输入输出电路、模拟量的数据转换及调理电路、输入欠压/过压保护电路、过流、过热保护等电路的数字控制器的设计和实现,并最终完成PCB板级设计。其次,所有设计均是利用VerilogHDL语言:在Quartusll软件中,采用自顶向下的设计流程完成了设计和仿真验证。最后进行了数字PID、PWM发生器、多用输出等内容的设计。
　　实验表明本系统可实现单环控制和直流、单向、双向三种工作模式;人机接口单元的设计实现了人机交互。本设计的控制系统可进行PI闭环调节控制,实验结果验证了设计的可行性。山于FPGA设计非常灵活,因此可任意进行配置,PWM信号发生器可根据被控对缘的需求产生任意路数的PWM输出信号:并具有相位可调,占空比可调,接口简单等特性。整个系统易于修改升级,各个模块也均具有较好的移植性。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1.1本课题的研究背景及意义

1.2脉冲电源的特点及发展现状

1.3脉冲电源的应用及研究现状

1.4本课题的主要研究内容

2脉冲电源控制方案的研究

2.1 脉冲电源拓扑结构的数学模型

2.2移相全桥变换器控制策略的研究

2.3 数字PWM波形发生器的设计

2.4本章小结

3基于FPGA的数字控制系统硬件设计

3.1控制器的硬件设计

3.2保护模块的设计与实现

3.3驱动电路设计

3.4控制器PCB设计

3.5本章小结

4基于FPGA的数字化控制软件实现

4.1控制器时钟管理模块的设计

4.2数字PID设计

4.3移相PWM发生器实现

4.4多用输出模式设计实现

4.5串行外围设备接口技术的设计与实现

4.6高性能保护的设计与实现

5样机实验验证

5.1控制系统的功能测试

5.2模拟负载工作验证

6总结与展望

致谢

参考文献