基于FPGA控制的DC-DC变换器的研究.pdf

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1、论文题目：基于FPGA控制的DC-DC变换器的研究专业：微电子学与固体电子学硕士生：高凡凡（签名）指导老师：程红丽程红丽（签名）摘要与传统的模拟控制相比，DC-DC变换器的数字控制有着显著的优点，数字控制可以实现复杂的控制策略，易于实现系统的智能化，同时能够大大提高系统的可靠性和灵活性，因此，数字控制成为当前电源技术发展的一个重要方向。本文主要进行了Buck型DC-DC变换器数字控制的研究，设计并实现了一台基于FPGA控制的BuckDC-DC变换器。在分析研究了多种控制方式的基础上，根据Buck变换器的稳态和动态性能，设计了数字滞环电流的控制策略，并对数字滞环电流控制下Buck变换

2、器的负载突变和启动过程中输出电压的动态响应进行了详细分析。根据所设计数字电源的技术要求，完成了Buck变换器的主电路元件参数设计，功率开关管驱动电路的设计、采样电路的设计、FPGA和A/D转换器的选型及外围电路的设计。在Matlab/Simulink环境中建立了数字滞环电流控制的Bcuk变换器系统模型，并进行了仿真，验证了控制策略的正确性以及系统的可靠性。在QuartusⅡ软件中利用VHDL语言完成了对分频模块、控制策略模块、A/D控制模块、滞环宽度调整模块以及过流保护模块的设计，并对整个系统及各个模块进行了仿真验证，获得了符合设计要求的仿真结果。最后完成了基于FPGA控制的Buc

3、kDC-DC变换器的硬件制作及调试，并对电路进行了输入电压突变和负载突变的测试与分析。测试结果表明，对该变换器进行的理论分析是正确的，其控制策略是可行的，其性能指标达到了设计要求。关键词：DC-DC变换器；数字控制；FPGA；动态特性研究类型：应用研究Subject：TheResearchofDC-DCConverterBasedonFPGASpecialty：MicroelectronicsandSolidElectronicsName：GaoFanGaoFan(Signature)Instructor：ChengHongligHongli(Signature)ABSTRACTC

4、omparedwithtraditionalanalogcontrol,DC-DCconverterdigitalcontrolhasmanyprominentadvantages.Digitalcontrolcanrealizecomplexcontrolstrategy,easytorealizeintelligentsystemandgreatlyimprovethereliabilityandflexibilityofsystem.Therefore,digitalcontrolbecomeanimportantdirectionofcurrentpowertechnolo

5、gydevelopment.ThispapermainlyresearchtheBuckDC-DCconverterdigitalcontrol,andaBuckDC-DCconverterbasedonFPGAwasdesignedandimplemented.Accordingtothesteady-stateanddynamicperformanceoftheswitchingpowersupply,thedigitalhysteresiscurrentcontrolmethodisdesignedbasedonanalysisandresearchofthevariousc

6、ontrolmode.AnalyzedtheBuckconverterdynamicresponseofloadchangingandstartingprocessbasedondigitalhysteresiscurrentcontrol.Accordingtotechnicalrequirementsofthepowersupplydesign,thedesignofmainbuckconvertercircuitcomponentsparameters,designofpowerswitchdrivercircuit,designofsamplingcircuit,selec

7、tionofFPGAandA/Dconverteranddesignofperipheralcircuitareallaccomplished.SimulinksimulationofthedigitalcontrolBuckconvertermodelverifiedthecorrectnessofthecontrolstrategiesandthereliabilityofthesystem.ByusingVHDL,frequencymodule,controls