基于FPGA的二维模糊PID开关电源控制器研究

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随着电力电子技术的快速发展,用户对电源设备的要求越来越高,模拟电路控制的电源因其温漂大、调压范围窄等缺点,逐渐被数字电源所取代。本文以数字化的方法实现对开关电源的控制,详细分析了移相全桥ZVS变换器的基本原理与工作过程,设计了基于二维模糊自适应PID的控制方案,将模糊控制和PID控制的优点相结合,实现PID参数的自适应,并且根据PI和PD的不同特性,通过改变控制系数协调二者的作用强度,达到控制方法简单、控制效果良好、适应不同工作模式的目的。根据主电路的结构和参数,采用Matlab仿真了该算法的可行性,并且优化出最佳的模糊规则和控制参数。  针对移相全桥的3KW开关电源主电路,设计了基于M57962的IGBT驱动电路,以及反激电路拓扑的四路隔离辅助电源电路;设计了信号采集电路,包括霍尔元件的电压电流采集模块、隔离调理模块、AD转换模块等;设计基于FPGA的核心控制模块,包括数字滤波、模糊控制、PID控制、PWM波产生、电源保护、MicroBlaze软核设计等。组成数字化的控制器,实现了对电源的恒压、恒流、恒功率三种工作模式的控制,达到了良好的控制效果。并设计了近端和远端的人际交互,近端包括基于MicroBlaze软核的LCD显示和键盘控制功能,远端设计了基于Labview设计的的上位机界面。  最后针对变压器副边整流二极管电压尖峰的问题,对三种不同的尖峰吸收网络做了原理分析,并采用Pspice平台仿真了三种电路的吸收效果,以及吸收电阻的功耗,选用吸收效果较好、功耗较低的一种电路结构,加入到开关电源样机中,实验表明该吸收网络具有较好的尖峰抑制效果,减小了整流二极管的应力,降低了高频干扰,增加了电源稳定性。
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