基于fpga的高频数字开关电源的开发

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1、中国科学技术大学硕士学位论文基于FPGA高频数字开关电源的开发作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：房志东检测技术与自动化装置程健高级工程师二O一四年五月五日UniversityofScienceandTechnologyofChinaADissertationforMasterDegreeTheDevelopmentofHighFrequencyDigitalSwitchingPowerSupplyBasedonFPGAAuthor’SName：ZhiDongFangSpeciality‘MeasureTechniquesandAutomatedEquipmen

2、tsSupervisor：SeniorEngineerJianChengFinish,d5m．2014mishedtime：May5m．中国科学技术大学学位论文原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研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：—犟址签字日期：—趁坐尘堕中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国

3、家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文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。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。回公开口保密(——年)储勰一扭名一导师躲宰巡签字日期：协f钐、占、P签字日期：3堂!垡：垒：厂摘要摘要随着电力电子行业的发展，用电设备对供电电源性能提出了更高的要求，传统大功率开关电源(SMPS)大多是采用硬开关、专用集成芯片的模拟电源，其可扩展性不足、功率损耗大，精度随着元件的老化而越来越差。近年来，数字控制技术和FPGA的应用

4、成为电力电子领域中新的研究热点，数字控制可以降低器件老化、温度漂移对精度的影响，方便与外界数字通信进行智能化控制与监测：高速高密度低成本的FPGA依靠内部资源组合而成的数字系统可以避免程序跑飞、异常中断等故障，提高了系统稳定性。本文针对数字控制的特点与优势，对采用FPGA为主控制器的高频大功率数字开关电源进行了研究与设计。具体的工作内容如下：1、通过分析开关电源的拓扑结构、控制方式以及软开关技术，确定开关电源的总体设计方案。2、详细分析有限双极性全桥变换器零电压零电流软开关(ZVZCS)工作过程；在Buck变换器模型基础上，建立了基于有效占空比的ZVZCS全桥变换器

5、数学模型。3、针对电源设计指标，给出了主电路输入级和输出级电路、逆变全桥电路中主要元件的参数设计；依据数学模型，使用极点配置的方法推导了PID参数设计表达式；针对输出整流二极管反向恢复和全桥移相零电压开关(zVS)滞后臂ZVS范围太窄和输出整流管反向恢复的问题，提出尖峰抑制器的解决方案并给出抑制器的设计方法。4、根据系统控制需求，在控制电路方面，给出FPGA控制、电压电流检测、驱动放大、辅助电源等主要硬件电路实现方案；在FPGA程序方面，设计了数据采集与处理、数字PID、数字脉宽调制(DPWM)、数字通信、缓启动等模块；同时使用C样开发了控制和监测电源的上位机界面。

6、在开发的样机平台上进行了相关测试，结果表明：FPGA的各程序模块工作正常，尖峰抑制器基本消除了二极管反向恢复电压尖峰，全桥变换器在宽负载范围内实现了ZVZCS。关键词：开关电源，全桥变换器，有限双极性，ZVZCS，尖峰抑制器，数字控告0，FPGfA摘要IIAbstractABSTRACTWiththedevelopmentofthepowerelectronicsindustry，electricalequipmentshavehigherrequirementsforpowersupplyperformance,traditionalhighpowerswitch

7、ingpowersupplycommonlyusehardswitchingandspecificintegratedchip，whichlackofscalabilityandmakegreatpowerloss；meanwhile，controlprecisionbecomesworseandworsewiththeagingofcomponents．Inrecentyears，di盘talcontroltechnologyandFPGAapplicationsinthefieldofpowerelectronicshavebeenbecomeanewhot