基于FPGA的高精度数字电源
基于FPGA的高精度数字电源
摘要：提出一种新颖的数字化高精度电源控制调节方案。由于数字器件的迅速发展,有效推动了电源系统的发展。同时,许多特殊应用领域对电源的网络化管理、以及针对多样化的电源拓扑结构的易重置性等均提出了新的要求。对基于FPGA控制器的数字化开关电源,从系统的角度分析并探讨了调节算法、PWM波形生成以及网络通讯等关键问题的实现方式。
关键词：高精度;开关电源;FPGA;Nios;PWM
1 引言
在信息技术高速发展的今天,电子系统数字化已经成为有目共睹的趋势,从传统应用中小规模芯片构造电路系统到广泛地应用单片机,到今天DSP及FPGA在系统设计中的应用,电子设计技术已迈入了一个全新阶段。FPGA不仅具有容量大,逻辑功能强的特点,而且兼有高速、高可靠性。随着EDA技术的发展和VLSI工艺技术的进步,特别是软/硬件IP芯核产业的迅猛发展,可编程片上系统(SOPC)己经大量使用。本文通过对高精度数字电源系统的研发,提出了FPGA在数字电源控制器的应用思路。
2 系统组成
本系统是以单片现场可编程门阵列(FPGA)为基础的全数字控制的高精度开关电源。数字控制的H桥脉宽调制的DC-DC变换器电源系统如图1所示。
图中,功率主电路由三相整流器、低频LC滤波电路、DC-DC功率变换器、输出高频滤波电路等几部分构成;控制及调节功能主要由基于FPGA的数字电源控制器完成,可以按设计要求来调节电源输出电压、电流。 FPGA中主要分两大模块,第一个模块是由软核CPU组成的通讯管理模块;第二个模块由几个DSP块组成,主要完成调节器的PI或PID运算、高分辨率PWM信号的产生以及数字滤波等。
在PWM开关电源中,PWM波形的产生及其准确调制至关重要。当使用FPGA数字控制器时,电流环及电压环的调节方式为数字化的PI(比例积分)或PID(比例积分微分)调节,反馈电流或电压信号经过A/D(模拟/
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