fpga控制的反激式开关电源的设计

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1、FPGA控制的反激式开关电源的设计　　摘要：针对开关电源的特点和现有数字化控制方案，设计了一种以FPGA为控制核心的反激式开关稳压电源。文中详细论述了该系统的硬件组成结构和实现方法，通过改变PWM脉冲宽度实现5-24V输出电压可调，具有按键设定、电压显示、过压过流保护等功能。以Altera公司的CycloneII系列芯片EP2C5T144C8N为主控芯片，采用Verilog硬件描述语言对PWM信号产生模块、数字PID模块、ADC接口逻辑等进行了设计，并在Modelsim仿真软件上完成了验证，证明了设计方法的可行性和正确性。　　关键词：FPGA；

2、反激式；PWM；PID；Verilog　　中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）26-0240-03　　TheDesignofFlybackSwitchingPowerSupplyUsingFPGAControlled　　WANGLei，CHENFeng-teng，GAOJun-nan　　（DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering，XuzhouInstituteofTechnology，Xuzhou221111，China）　　Abstract：Accord

3、ingtothecharacteristicsandtheexistingdigitalcontrolschemeofswitchpowersupply，aflybackswitchpowersupplywiththeFPGAasthecontrolcorewasdesigned.Thehardwarestructureandtherealizationmethodofthesystemwas8discussedindetail.ThroughchangingthedutyratioofPWMpulse，itrealizedvoltageran

4、ge5～24v；italsohasmanyfunctionsuchassettingkeys，voltagedisplay，over-voltageandover-currentprotection.ThechipEP2C5T144C8NoftheCycloneIIseriesthatlaunchedbyAlterawasthecontrolchip.VerilogHDLlanguagewasusedinthedesignofthePWMsignalgeneratingmodule，digitalPIDmoduleandtheADCinterf

5、acelogic；andthen，throughsimulatingonModelsimsoftware，thecorrectnessandfeasibilityofthedesignmethodwasproved.　　Keywords：FPGA；flyback；PWM；PID；Verilog　　1引言　　变压器耦合反激式开关稳压电源，结构简单，省去了一个和变压器体积相当的大电感，同时变压器绕组间相互隔离，“热地”与“冷地”是绝缘的，其绝缘耐压强度很大，因而反激式电源在各种强调安全的中小功率电源中得到广泛的应用[1]。8　　常规的可调式开关稳压

6、电源一般采用电位器结合专用的PWM调制芯片TL494、UC3842等，来实现输出电压的平缓调节。但是电位器的精度不高，在使用过程中又存在磨损、老化等问题就进一步导致控制精度的下降。数字电位器的出现虽然解决了机械磨损的问题，但受位数及分辨力限制，精度仍不能做到很高[1]。本文采用数控调压方式，由FPGA逻辑电路产生PWM波控制MOSFET管通断，进而改变输出电压的大小，通过闭环反馈对电压进行实时精确调整，较好的克服了传统可调式开关稳压电源的缺点。此外FPGA器件采用硬件描述语言设计，具有良好的并行处理能力，有效避免了单片机等微控制器运行时程序跑飞

7、的发生，因此系统具有较好的抗干扰能力。　　2硬件电路设计　　2.1系统组成结构与方案　　整个系统主要由反激式电源电路与逻辑控制电路两部分组成，其结构框图如图1所示。反激式开关电源的控制核心采用Altera公司的CycloneII系列FPGA芯片EP2C5T144C8N，完成PWM信号产生、数字PI调节、SPI总线接口、按键输入与数值显示等控制功能。系统采用闭环设计，根据反馈电压的AD采样结果与设定值比较，得到偏差信号在数字PID控制器的作用下对自身PWM产生模块的占空比进行实时调节，经驱动芯片放大后控制开关管的通断，从而实现对输出电压的精确控制

8、。系统的电压设定值由FPGA片外按键输入，AD采样结果一方面提供给误差分析模块，另一方面送给数值显示模块在LCD上进行实时显示。　　2.2反激式开关电