大多数人或许都为乱作一团的线缆、相互不兼容的接口、大大小小的适配器而烦恼过,而使用USB作为一种统一的接口可以很好地解决这个问题。现在,一般的智能手机和小型的电子设备(比如平板电脑、数码相机、电子书阅读器等)都可以通过一根USB线直接插在电脑上或适配器上来进行充电。在酒店住房、机场等候厅、汽车和火车候车厅,都可以看到以USB为接口的电源配置。因此,为家庭、办公、酒店、公寓等场所提供统一的USB供电控制很有必要。作为项目“创新USB传输技术在家庭网中的应用研究”的供电控制系统部分,本设计根据以USB为供电接口的各种小功率电器设备的供电要求,提出了一种基于USB的高效率、低功耗、环保节能的供电控制系统的设计方法,实现只需通过一根简单的USB数据线就可以给电器设备充电的功能。论文的主要内容包括硬件设计和软件开发两部分。系统硬件部分的设计环境为Altium Designer,仿真工具选用Proteus。硬件设计包括开关稳压电源的设计,FPGA最小系统开发,DAC转换电路的设计。系统软件部分的设计环境为Quartus Ⅱ,仿真工具为Quartus Ⅱ的自有仿真工具。软件设计模块包括顶层模块、分频模块、按键捕获处理模块、LED数码管显示模块和DAC转换模块。开关稳压电源设计部分,在其输入端设计了一个EMI滤波器,可以有效地抑制交流电网和高频开关电源各自产生的高频信号造成的相互干扰。工频整流采用全桥整流电路,输出电压波动小,为转换电路提供稳定的直流输入。DC-DC功率变换电路采用隔离式、对称驱动、半桥式拓扑,两个开关管交替导通完成斩波,再通过全波整流将调整后的交流电压转换成直流电压进行输出。开关管的控制电路选用TL494芯片来完成,TL494中的两个误差放大器,一个设计为稳压电路,控制信号为输出电路反馈回的电压信号,将其加到误差放大器的反相端,同相端接基准电压。当控制信号大于基准电压值时,电路自动调整脉冲宽度使其变窄,从而使电压稳定在设定值。另一个误差放大器设计为过流保护电路,当输出电流超过设定值时,内部电路自动地调整占空比,从而达到限流的目的。驱动电路采用互补式驱动电路,能使电源电路中开关功率管的上升沿和下降沿的特性变好,并且可以降低开关功率管的功率损耗。FPGA编程采用自底向上的流程进行开发。分频模块将系统时钟分频后得到两个时钟信号,一个用于按键检测,另一个用于数码管扫描显示；按键检测处理模块检测到按键的输入后,经过一系列的运算后输出设定的电压值,并送至显示模块和DAC转换模块；DAC转换模块再将按键检测处理模块传送过来的值转换成8位的二进制码输出到DAC0832芯片的数据输入端。最后对基于USB的供电控制系统进行了仿真和测试,重点测试了DAC0832转换电路、TL494芯片的性能和电源保护电路。测试结果表明,本设计理论研究的结果与实际测试的相关结果基本上相符。本论文工作对“创新USB传输技术在家庭网中的应用研究”项目的进一步研究提供了一定的参考和借鉴。