基于fpga的混合电源控制单元设计

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1、分类号密级UDC学位论文基于FPGA的混合电源控制单元设计（题名和副题名）封世领（作者姓名）指导教师姓名刘强教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别硕士专业名称测试计量技术及仪器论文提交日期2011.04论文答辩日期2011.05学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2011年月日注1注明《国际十进分类法UDC》的类号万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获

2、得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：I万方数据摘要摘要作为一种新型的电力能源利用方式，混合电源有

3、着电池电源无法比拟的优点，它将电池电源的高比能量与超级电容器的高比功率的优点结合起来，既可以满足负载对于短时峰值功率输出的需求，又可以为长期工作提供所需的能量，控制单元即是在混合电源工作过程中对其充、放电进行控制的单元模块。根据整个混合电源结构模型可以将控制部分划分为三个不同的模块：直流“斩波”电路控制单元、均衡充电控制单元和通信控制单元。直流“斩波”电路控制单元主要实现FPGA芯片对于三个不同DC/DC模块的控制，根据不同的应用场合本文中需要两个升压型和一个降压型DC/DC模块电路，在此选取了“斩波”型DC/DC转换器。调制方式依据不同的负载情况选

4、用PWM（脉冲宽度调制）和PFM（脉冲频率调制）两种不同的调制方式，控制算法选用增量式PID控制算法。均衡充电控制单元是通过FPGA来控制超级电容器组均衡充电，当超级电容器需要通过串联方式使用以提高其输出电压时，对每个单体电容实现充电的平衡就显得尤为重要。在比较了广泛使用多种均衡充电电路的优缺点后，本文提出了一种改进型均衡充电模型，在不影响充电速度的同时电路结构大大降低，并且对充电方式和检测电路进行了改进，充电方式采用“打嗝”的机理通过FPGA芯片实现“先恒流后恒压”的两段式充电，检测电路部分采用“光耦”检测法，与传统电阻分压式检测相比精确度提高的同

5、时，能量消耗也有所下降。通信控制单元是实现混合电源系统与上位机的数据交互的单元，本文中选用了PC/104接口作为与上位机的通信接口，通过分析该接口三种不同的实现方式后选用PLX公司的PCI桥接芯片PCI9056作为电源系统与上位机间的通信转接芯片，这种方式配置简单，操作灵活，而且可以实现异步通信，最后给出了FPGA实现读写操作的仿真波形。本文基本实现了混合电源的多方面控制，尤其在充电均衡控制部分，完成了对均衡充电电路和充电方式的改进，节约了电路成本的同时充电速度也有所提高。关键词：混合电源，均衡充电，PID算法，PC/104总线II万方数据ABSTR

6、ACTABSTRACTAsanewtypeofusingmodeoftheelectricpower,thehybridpowersystemhasoutstandingadvantagecomparedwiththebattery,thehybridsystemhasbothbatteryandcapacitorcharacteristics,whichcanprovideveryhighenergydensityforlongtimeuseandhighpowerdensityascapacitor.Thecontrolunitwasdivide

7、sintothreeparts:chopperDC/DCcontrolmodule,chargingbalancecontrolmoduleandcommunicationcontrolmodule.ThechopperDC/DCcontrolmoduleisthecontrollerthatusedFPGAtocontrolthreechopperDC/DCcircuits,whichincludesabucktypeandtwoboosttypes.ThedissertationchoosesPWM（PulseWidthModulation）an

8、dPFM（PulseFrequencyModulation）astheconvertmodulationme