基于FPGA的DC/DC变换器的研究

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数字开关电源相对于模拟开关电源具有可编程、可实现数字接口、可集成控制算法、高效、稳定等优势,其中的DC/DC变换器作为核心部分能够广泛应用于分布式电源、清洁能源系统、智能电网等领域,因此,数字电源正逐步走进人们的视野和生活,成为科学研究热点。   本文参考与借鉴国内外数字电源管理研究现状,提出了一种基于FPGA的电压反馈型DC/DC变换器。主要内容包括功率级电路、A/D转换模块、数字PID控制器和DPWM(Digital Pulse Width Modulation)发生器的设计等。首先根据变换器的各项性能指标确定功率级、A/D转换器和PWM发生器的参数,对其进行数学建模与分析,然后通过在连续域中设计并转化至离散域中实现的方式对PID控制器进行设计,使用MATLAB软件对各部分参数进行调整和优化,并通过Simulink软件对系统进行了仿真。其次通过QuartusⅡ软件设计了A/D控制器、积分分离型数字PID控制器和计数比较器-抖动混合型DPWM发生器模块,并进行了各部分波形仿真。最后在FPGA上对系统进行验证并搭建实际电路对系统进行测试和分析。   测试结果表明,本文设计的基于FPGA的DC/DC变换器输入电压为5V~15V,渝出电压为9V,纹波电压小于1%,负载电流为750mA,并且能够通过数字接口对系统参数进行实时显示和设置。基于FPGA的数字控制器有效的克服了模拟控制器的调整性差,接口功能不足等缺点,同时还具有单片机和ARM所不具有的并行厅处理能力。
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