基于fpga的数字化电源控制器的研究-毕设论文.docx

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1、基于FPGA的数字化电源控制器的研究目录第一章绪论11.1电源数字控制技术的发展11.2可编程逻辑器件的发展及其特点1第二章FPGA数字系统设计技术22.1数字系统设计理论概述22.1.1数字系统的基本模型22.1.2数字系统的设计方法4第三章FPGA的设计流程63.1FPGA工作原理、设计方法介绍63.1.1FPGA基本原理6第四章硬件描述语言VHDL11第五章电路模块设计125.1控制器供电125.1.2时钟模块135.1.3通信接口电路145.1.4配置电路14第六章实验验证166.1软件的开发环境166.2控制器整体功能验证176.4

2、系统闭环实验波形17总结20参考文献21致谢2323基于FPGA的数字化电源控制器的研究第一章绪论1.1电源数字控制技术的发展当今电力电子技术已经取得了飞速的发展，电力电子电路的控制旨在实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展，从而使其应用范围也从传统的工业、交通、电力等部门扩大到信息、通信、家用电器等各个领域，产生了显著的经济效益。现场可编程门阵列器件(FieldProgrammableGateArrays)是近年来崭露头角的一类新型集成电路，它具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势，又具有全集成化、适用性强，便

3、于开发和维护(升级)等显著优点。这些特点顺应了电力电子电路的日趋高频化和复杂化发展的需要，在越来越多的领域中FPAG得到了日益广泛的发展和应用。PWM技术在电力、电子、工业控制以及机械设备制造等很多行业的得到了重视，其实现方法也不断地被改进和发展，目前PWM技术已经成为控制技术领域的一个热点，具有广阔的应用前景和很大的市场价值。而在这些应用领域和产品设计当中，一个共同的也是比较关键的问题就是一一如何产生所需的高质量高稳定度的各种各样的PWM信号，因此，研究PWM发生器的设计方法无论从基础理论的发展，还是产品性能的提高等实际应用都有着非常重要的

4、意义[2]。1.2可编程逻辑器件的发展及其特点随着微电子的发展，高速度、高集成度的现场可编程门阵列(FPGA)与数字化控制技术的结合成为数字化控制系统发展的必然趋势。结合数字控制优点及FPGA长处，本文提出一种基于FPGA的开关电源数字化控制系统方案，并完成了设计仿真以及实验验证。将开关电源控制器集成在一片FPGA芯片上，一方面提高了控制芯片的工作效率，另一方面减少控制芯片的外围分立元件，从而达到提高系统工作可靠性，增强系统的灵活性、适应性，减少PCB面积、降低成本。基于FPGA的灵活性和可任意配置特性，本系统中各个功能模块通过单独配置，可以

5、作为独立模块下载到芯片中使用，具有很强的通用性;当需要系统升级或者系统功能扩展时，只需将现有系统移植到更高级的FPGA芯片，并加入需要的功能模块即可，因此具有很强的移植性。23基于FPGA的数字化电源控制器的研究第二章FPGA数字系统设计技术2.1数字系统设计理论概述电子技术的发展，特别是专用集成电路(ASIC)设计技术的日益进步和完善，推动了数字系统设计的迅猛发展。其经历了从分立元件、小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)到超大规模集成电路(VLSI)的发展过程[3]。数字系统是对离散形式的数字信息进行

6、存储、传输、处理的逻辑子系统的集合物。通常把门电路、触发器等称为逻辑器件。将由逻辑器件构成，能执行某单一功能的电路，如计数器、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件，把由逻辑功能部件组成的能实现复杂功能的数字电路称为数字系统。复杂的数字系统可以分割成若干个子系统，例如计算机就是一个内部结构相当复杂的数字系统。不论数字系统的复杂程度如何，规模大小怎样，就其实质而言皆为逻辑问题，从组成上说，是由许多能够进行各种逻辑操作的功能部件组成的，各种功能部件之间有机配合，协同工作。这类功能部件，可以是小规模集成电路(SSI)部件，也可以是各种MSI、LSI逻辑

7、部件，甚至可以是CPU芯片。2.1.1数字系统的基本模型数字系统的基本结构由输入部件、输出部件以及逻辑系统组成。逻辑系统由存储、处理、控制三大子模块构成。存储部分和处理部分都是在控制部分的命令下动作，属于执行部件。23基于FPGA的数字化电源控制器的研究存储单元逻辑系统传输总线处理后数据输出端口待处理数据输入端口数据处理器单元控制单元输入输出控制信号图2-1数字系统的基本结构如图2-1，存储和处理部件之间由传输线相互连接。存储部件获得信息，传送到处理器进行加工处理，之后将处理过的信息又送回到存储电路存储，当信息被传送到处理器处理时，存储电路将

8、保存并不断的提供信息，这种活动在数字电路中是周期性发生的，系统控制单元对系统外部的输入、输出控制信号使本系统能够与其他系统协调一致工作，其输入控制信号也可能是其他系