本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的數(shù)字控制BUCK變換器的設(shè)計

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【摘要】：近年來,隨著智能硬件的興起,各種電子類產(chǎn)品層出不窮,伴隨著電子產(chǎn)品功能的增多,耗電量也在不斷地攀升,因此當(dāng)前很多領(lǐng)域?qū)﹄娫吹囊笠苍谧兊弥鸩教嵘?所以,目前DC-DC變換器的研究越來越成為一個主流方向。由于FPGA靈活高效、開發(fā)速度快等優(yōu)點,其在DC-DC變換器領(lǐng)域的地位變得越來越重要。本文在學(xué)習(xí)和分析了各種常用DC-DC電路的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于FPGA的數(shù)字控制BUCK型DC-DC變換器,主要工作如下：1,介紹分析了DC-DC變換器的基本原理、不同的工作模式和建模方法,說明了根據(jù)不同設(shè)計要求選取DC-DC變換器中電感以及電容的具體方法,并詳細對比了基于單片機、DSP和FPGA進行控制的BUCK變換器的各種不同特點,以及基于FPGA的BUCK變換器控制電路的優(yōu)點。2,討論了BUCK變換器的極限環(huán)效應(yīng)產(chǎn)生的影響以及出現(xiàn)的原因,并相應(yīng)的提出了避免極限環(huán)出現(xiàn)的方法,然后根據(jù)設(shè)計要求對ADC采樣模塊的芯片、分辨率等進行了設(shè)計,接著通過對傳統(tǒng)PID控制算法進行離散化得到數(shù)字增量式PID算法,最后根據(jù)前面兩個模塊的設(shè)計給出了DPWM模塊的分辨率和具體實現(xiàn)方法。3,通過對系統(tǒng)仿真以及硬件電路進行實驗測試得到相應(yīng)的結(jié)果,實驗結(jié)果分析表明,設(shè)計的基于FPGA的BUCK型DC-DC變換器可以很好地滿足設(shè)計目的,在動態(tài)性和穩(wěn)定性方面都達到了設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：DC-DC FPGA 數(shù)字PWM 數(shù)字PID
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 開關(guān)電源的研究背景和現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 開關(guān)電源的研究背景和意義10-11
• 1.2.2 數(shù)字開關(guān)電源的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.3 數(shù)字開關(guān)電源的優(yōu)勢及其缺陷14-15
• 1.3 本文的主要內(nèi)容安排15-17
• 第二章 DC-DC變換器的工作原理和控制方式17-31
• 2.1 DC-DC變換器電路的基本原理17-22
• 2.1.1 DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理17-19
• 2.1.2 BUCK電路的兩種工作模式DCM、CCM19-22
• 2.2 DC-DC變換器的系統(tǒng)建模和電路參數(shù)的設(shè)計22-28
• 2.2.1 DC-DC變換器的狀態(tài)空間平均法建模22-27
• 2.2.2 BUCK變換器功率級電路的參數(shù)設(shè)計規(guī)律27-28
• 2.3 開關(guān)電源的常用數(shù)字控制方法28-31
• 2.3.1 基于單片機的控制方式29
• 2.3.2 基于DSP的控制方式29
• 2.3.3 基于FPGA的控制方式29-31
• 第三章 BUCK變換器的數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計31-47
• 3.1 變換器數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計時需要注意主要的問題31-33
• 3.1.1 ADC分辨率31-32
• 3.1.2 極限環(huán)和DPWM分辨率32-33
• 3.2 ADC電路的設(shè)計33-35
• 3.2.1 ADC電路結(jié)構(gòu)和原理33-35
• 3.2.2 ADC采樣芯片的選擇35
• 3.3 DPID控制算法的設(shè)計35-40
• 3.3.1 PID控制原理36-37
• 3.3.2 PID控制算法的離散化37-38
• 3.3.3 數(shù)字PID控制算法在FPGA里的實現(xiàn)方法38-39
• 3.3.4 PID系數(shù)的整定39-40
• 3.4 DPWM發(fā)生器的設(shè)計40-47
• 3.4.1 DPWM的基本原理40-41
• 3.4.2 不同類型DPWM的實現(xiàn)方法41-46
• 3.4.3 DPWM分辨率的選擇46-47
• 第四章 基于FPGA的實驗系統(tǒng)的仿真與驗證47-58
• 4.1 實驗系統(tǒng)的軟件設(shè)計及開發(fā)流程47-50
• 4.1.1 系統(tǒng)軟件介紹47-48
• 4.1.2 FPGA的一般開發(fā)步驟48-50
• 4.2 數(shù)字控制系統(tǒng)的仿真50-54
• 4.2.1 ADC控制模塊仿真50-52
• 4.2.2 數(shù)字PID控制模塊仿真52-53
• 4.2.3 數(shù)字PWM模塊仿真53-54
• 4.3 系統(tǒng)電路實驗結(jié)果分析54-58
• 4.3.1 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能測設(shè)55-56
• 4.3.2 系統(tǒng)動態(tài)性能測設(shè)56-57
• 4.3.3 測試結(jié)果分析57-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-59
• 參考文獻59-62
• 致謝62

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