数字电源与传统的模拟电源相比具有灵活变换、精确控制、实时监控、稳定可靠等优点,在近几年得到高速发展,尤其在高端领域是模拟电源不能替代的。随着越来越多的国际设计公司开始涉足数字电源,数字电源正成为电源领域的研究热点。现场可编程门阵列器件(FPGA)是一种新型集成电路,可以将众多的控制功能模块集成为一体,具有集成度高、实用性强、高性价比、便于开发等优点,因而具有广泛的应用前景。本文研究和设计了一款基于FPGA电压控制型PWM数字控制器,控制器结构分三个部分:ADC、PID控制器和数字PWM发生器。根据ADC的分辨率和采样率要求选用合适的A/D转换电路;数字PID控制器是通过设计连续域的PID控制器,利用零极点匹配方法将其转换成离散域PID控制器;数字PWM发生器的设计是根据系统精度要求确定分辨率要求,经分析比较各种方法后确定采用计数-比较方式实现。整个设计利用Altera公司的EDA工具QuartusⅡ软件,采用自顶向下的方法对该控制器进行了RTL级详细设计,运用模块化结构设计易于移植,整个控制系统便于功能扩展和升级。设计完成后,对各模块和系统进行了仿真,最后将程序下载到EP2C5Q208C8N芯片中进行了系统功能测试。数字控制器的系统验证是先通过Simulink建立系统模型,验证控制器的环路补偿特性和系统稳定性,然后将控制器应用于Buck电路进行测试,测试结果表明纹波系数为1.6%;在负载或输入电压变化情况下,电源系统的输出电压能快速恢复到稳定状态,总体性能达到预期设计目标。实验结果证明了理论分析的正确性和提出方案的可行性。
