基于DSP和FPGA的數(shù)字化開關(guān)電源的研究和設(shè)計(jì).pdf

1、開關(guān)電源是先將交流電整流成直流電，再將直流電逆變成交流電后再整流輸出所需要的直流電。開關(guān)電源向小型化、智能化和集成化方向發(fā)展將是未來(lái)的主要趨勢(shì)。
　　本論文采用一種運(yùn)算速度和精度高的微處理器DSP為數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，構(gòu)成數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器，即利用微處理器的數(shù)字信號(hào)對(duì)電源電路進(jìn)行有效控制的技術(shù)。采用此技術(shù)電路具有以下特點(diǎn):精度高、可靠性高、靈活性大、易于大規(guī)模集成、可獲得高性能指標(biāo)。
　　論文對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字化開關(guān)電源進(jìn)行了硬

2、件和軟件的具體的設(shè)計(jì)，通過(guò)測(cè)試證明該方案由于采用了PID調(diào)節(jié)器保證了電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性和準(zhǔn)確性，使系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，通用性更強(qiáng)。
　　論文首先分析了目前開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，確定了研究基于DSP和FPGA的數(shù)字化開關(guān)電源的重要意義，并從數(shù)字化開關(guān)電源的總體方案到設(shè)計(jì)框圖，與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了比較，分析優(yōu)劣。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電壓和電流反饋信號(hào)做PID算法調(diào)節(jié)，采用專用脈寬調(diào)制芯片實(shí)現(xiàn)控制。電壓和電流的給定信號(hào)取自單片機(jī)或

3、電位器提供，電壓和電流的反饋信號(hào)由主回路的取樣電路采集，這樣使得電路的精度和通用性都會(huì)降低，電路也更為復(fù)雜，成本增高。本文采用DSP和FPGA技術(shù)來(lái)做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，再通過(guò)PID算法產(chǎn)生PWM波來(lái)控制斬波器反饋信號(hào)，用以控制主回路。
　　為了保證電源有較高的穩(wěn)壓精度，A/D轉(zhuǎn)換器必須采用高速采樣，為了完成高速采樣會(huì)產(chǎn)生龐大的運(yùn)算量，整個(gè)系統(tǒng)的核心為基于DSP和FPGA技術(shù)的數(shù)據(jù)處理算法，其采樣和運(yùn)算速度快，功能強(qiáng)大，使得主回路的

4、實(shí)時(shí)反應(yīng)能力增強(qiáng)。硬件主要由DSP板和ADC板組成，ADC板主要負(fù)責(zé)電壓電流信號(hào)的采集和A/D轉(zhuǎn)換，且采用FPGA技術(shù)來(lái)控制ADC，這樣就避免了高速采樣造成了DSP的負(fù)擔(dān)。DSP板又將讀到的ADC采樣的反饋信號(hào)做PID調(diào)節(jié)，并產(chǎn)生脈寬調(diào)制波來(lái)控制開關(guān)速率，從而達(dá)到調(diào)整電壓和電流的目的，使系統(tǒng)穩(wěn)定。
　　最后，對(duì)比測(cè)試了論文所設(shè)計(jì)的數(shù)字化開關(guān)電源和傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源。測(cè)試結(jié)果證明該數(shù)字化開關(guān)電源精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，且具有便于集成化、小