基于FPGA的DC-DC数控电源设计与实现
发布时间：2020-12-29 16:47
在电子技术快速发展的背景下,越来越多的设备对电源提出了更高的要求,主要是在于稳定性以及可靠性方面。数控技术能够在稳定性和可靠性方面对系统进行提升,并且有着较为灵活的控制算法,而且在后期检查方面更加的简单,便于维护,另外还有着可移植的特点。因此,研究一种基于FPGA的DC-DC数控电源对提高电源的稳定性和可靠性有着重要意义。本文首先对数控开关电源的关键技术进行了分析,其中包括电源功率拓扑结构、DC-DC变换器控制方式和数控PID控制算法,通过对比分析确定了单端反激式变换器作为本文所设计电源的功率拓扑,其控制方式为电流型控制模式,并将位置式PID作为本文的控制算法;接着对数控开关电源存在的主要问题进行分析,针对这些问题对变压器中磁芯形状和材质等几个方面因素的影响进行分析,本文重新设计了功率电路模块,包括RCD钳位电路、输出滤波电路、FPGA芯片外围电路等;然后在电源的控制环路设计中提出了一种新型的DPWM控制电路结构,并在FPGA中进行实现;最后绘制系统电路图,制作电源样机,对样机的输出电压、电流和功率等性能等方面进行了分析和测试。本文软件部分主要从通信、测量、状态分析、功率控制四个部分来...
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种基本的拓扑电路
安徽理工大学硕士学位论文2.1.2 单端隔离式 DC-DC 变换器单端隔离式 DC-DC 变换器是指在一个开关周期内，直流输入功率只能从变压器的一次绕组的一端流入，故称单端。一般来说单端隔离式 DC-DC 变换器主要应用在小容量的开关电源上。由于单端隔离式变换器属于单项的脉动式输入电流，使得变压器磁芯的磁通也呈现出单方向脉动，磁通只有在磁化曲线第一象限进行工作，这就使得磁芯得不到充分利用，同时需要对磁通进行复位[13]。虽然单端隔离式 DC-DC 变换器有着上述的弊端，但是由于结构简单、成本非常低，故仍然得到了极大的应用。接下来介绍单端正激式变换器和单端反激式变换器这两种单端隔离式变换器。2.1.2.1 单端正激式变换器单端正激式变换器是通过传统的非隔离型电源 BUCK 演化而得到的，它的拓扑是在 BUCK 变换器中插入变压器，拓扑图如图 2 所示。
图 3 复位绕组单端正激式变换器Fig 3 Reset winding single - ended converter此时 D1 关断，D2 导通。此时 D2、电容 C、电感 L、负载 R 组成了回路。因为在 Q 关闭时，W3 的电压呈现为负数，这就表明变压器的铁芯被去磁，所以变压器磁通量下降：3 INdW Vdt (2-10变压器铁芯磁通量下降量如式（2-11）所示：3( ) ( )INr onVT tW (2-11式（2-11）中r onT t表示去磁的时间。在这一阶段，励磁电流由 W1 转移到W3 中，而且随着时间延长，其线性减小。励磁电流可表示如式（2-12）所示：1 133 3[ ( )]IN INw M on onM MW V WVi i t t tW L W L (2-12
【参考文献】：
期刊论文
[1]Unified optimal power flow model for AC/DC grids integrated with natural gas systems considering gas-supply uncertainties[J]. Jiale FAN,Xiaoyang TONG,Junbo ZHAO. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2018(06)
[2]一种无辅助开关的DC-DC变换器软开关建模与仿真[J]. 杨儒龙,刘述喜,李科娜. 通信电源技术. 2018(09)
[3]一种机载DC/DC浪涌电流抑制电路的设计[J]. 杜培德,卢翔,鄢毅之. 微电子学. 2018(02)
[4]改进移相全桥DC/DC变换器的建模研究[J]. 崔超,李红梅,张恒果,曾燊杰. 电子技术应用. 2018(04)
[5]一种用于DC-DC开关电源芯片的新型软启动电路[J]. 张在涌,谭小燕,赵永瑞,曲韩宾,师翔. 半导体技术. 2018(02)
[6]电动车用高效率双向DC-DC变换器的设计[J]. 刘文军,马红波,唐娟. 电源技术. 2018(01)
[7]基于实验物理及工业控制系统的数控电源原理[J]. 段吟池,李格,翁志远,周银贵. 强激光与粒子束. 2018(02)
[8]DC/DC电源模块可靠性评价方法研究[J]. 章晓文,吕红杰,何小琦,鲍恒伟. 微电子学. 2017(06)
[9]混合集成电路DC/DC电源模块单元制造模式研究[J]. 叶晓飞,张瑶,吕晓云. 电子工艺技术. 2017(06)
[10]一种两级式高效率多路输出DC/DC变换器[J]. 张强,方超,谢君甫. 电力电子技术. 2017(10)
硕士论文
[1]基于DSP控制的DC/DC同步整流变换器研究[D]. 申培.湘潭大学 2017
[2]可实现多拓扑的DC/DC控制器的设计[D]. 沈晓飞.电子科技大学 2017
本文编号：2945957
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种基本的拓扑电路
安徽理工大学硕士学位论文2.1.2 单端隔离式 DC-DC 变换器单端隔离式 DC-DC 变换器是指在一个开关周期内，直流输入功率只能从变压器的一次绕组的一端流入，故称单端。一般来说单端隔离式 DC-DC 变换器主要应用在小容量的开关电源上。由于单端隔离式变换器属于单项的脉动式输入电流，使得变压器磁芯的磁通也呈现出单方向脉动，磁通只有在磁化曲线第一象限进行工作，这就使得磁芯得不到充分利用，同时需要对磁通进行复位[13]。虽然单端隔离式 DC-DC 变换器有着上述的弊端，但是由于结构简单、成本非常低，故仍然得到了极大的应用。接下来介绍单端正激式变换器和单端反激式变换器这两种单端隔离式变换器。2.1.2.1 单端正激式变换器单端正激式变换器是通过传统的非隔离型电源 BUCK 演化而得到的，它的拓扑是在 BUCK 变换器中插入变压器，拓扑图如图 2 所示。
图 3 复位绕组单端正激式变换器Fig 3 Reset winding single - ended converter此时 D1 关断，D2 导通。此时 D2、电容 C、电感 L、负载 R 组成了回路。因为在 Q 关闭时，W3 的电压呈现为负数，这就表明变压器的铁芯被去磁，所以变压器磁通量下降：3 INdW Vdt (2-10变压器铁芯磁通量下降量如式（2-11）所示：3( ) ( )INr onVT tW (2-11式（2-11）中r onT t表示去磁的时间。在这一阶段，励磁电流由 W1 转移到W3 中，而且随着时间延长，其线性减小。励磁电流可表示如式（2-12）所示：1 133 3[ ( )]IN INw M on onM MW V WVi i t t tW L W L (2-12
【参考文献】：
期刊论文
[1]Unified optimal power flow model for AC/DC grids integrated with natural gas systems considering gas-supply uncertainties[J]. Jiale FAN,Xiaoyang TONG,Junbo ZHAO. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2018(06)
[2]一种无辅助开关的DC-DC变换器软开关建模与仿真[J]. 杨儒龙,刘述喜,李科娜. 通信电源技术. 2018(09)
[3]一种机载DC/DC浪涌电流抑制电路的设计[J]. 杜培德,卢翔,鄢毅之. 微电子学. 2018(02)
[4]改进移相全桥DC/DC变换器的建模研究[J]. 崔超,李红梅,张恒果,曾燊杰. 电子技术应用. 2018(04)
[5]一种用于DC-DC开关电源芯片的新型软启动电路[J]. 张在涌,谭小燕,赵永瑞,曲韩宾,师翔. 半导体技术. 2018(02)
[6]电动车用高效率双向DC-DC变换器的设计[J]. 刘文军,马红波,唐娟. 电源技术. 2018(01)
[7]基于实验物理及工业控制系统的数控电源原理[J]. 段吟池,李格,翁志远,周银贵. 强激光与粒子束. 2018(02)
[8]DC/DC电源模块可靠性评价方法研究[J]. 章晓文,吕红杰,何小琦,鲍恒伟. 微电子学. 2017(06)
[9]混合集成电路DC/DC电源模块单元制造模式研究[J]. 叶晓飞,张瑶,吕晓云. 电子工艺技术. 2017(06)
[10]一种两级式高效率多路输出DC/DC变换器[J]. 张强,方超,谢君甫. 电力电子技术. 2017(10)
硕士论文
[1]基于DSP控制的DC/DC同步整流变换器研究[D]. 申培.湘潭大学 2017
[2]可实现多拓扑的DC/DC控制器的设计[D]. 沈晓飞.电子科技大学 2017
本文编号：2945957
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