基于fpga控制的脉冲开关电源.doc

基于CPLD控制的脉冲开关电源的设计

 
摘  要：脉冲开关电源是一种可以输出正负双向脉冲，并维持电压恒定的系统。通过对双向脉冲电镀的原理进行深入的研究，提出一种全桥逆变及斩波电路，能够很好的实现获得大功率低压大电流的双向脉冲电镀电源的目标。
采用单片机为核心的反馈控制系统，利用模糊PID算法并且通过单片机与CPLD的配合可以精确的控制输出的电压，使其维持在恒定的数值上。同时，系统设置了保护电路，对原边电流和驱动电压进行了检测，可以及时的对系统中过流等异常状态进行保护，基于CPLD设计的PWM触发脉冲可以保证驱动电路可靠驱动主电路。数字PWM芯片中设置相应的逆变频率和死区时间以保护电路。
系统使用了Altera公司的EPM7128芯片，在MAX+PLUSⅡ的集成环境下采用了VHDL语言完成了硬件芯片的设计。介绍了基于此芯片的双向脉冲电镀电源数字控制方式，最后通过软件仿真验证了以上控制方法的正确性和实用性。
 
关键词：数字PWM；双向脉冲电源；复杂可编程逻辑器件（CPLD）；硬件描述语言（VHDL）
 

Pulse Switching Power Supply Design Based on CPLD Control
Abstract: Pulse switching power supply is a system which can Provide Output of plus or minus two-way pulse and maintain constant voltage. Through in-depth study on the principle of bidirectional pulse plating, a full-bridge inverter and chopper circuits has been proposed which can achieve the goal of two-way high-power low-voltage high-current pulse plating power supply. 
Feedback control system that use  a microcontroller as the core make the use of Fuzzy PID algorithm, and MCU and CPLD precise control ,the output voltage maintain at a constant value. System settings protection circuit on the primary side current and drive voltage detection and can react the abnormal state like over current of the system timely to ensure that the trigger pulse of the PWM based on the CPLD design can reliable drive the main circuit.The digital PWM chip set the inverter frequency and dead time in order to protect the circuit.
The system uses Altera EPM7128 chip using VHDL language to complete the hardware chip design in the MAX + PLUS II integrated environment, and introduce the Bi-directional pulse plating power digital control method based on this chip,  finally through the software simulation to verify the correctness and practicability of the above control method.

Key Words: Digital PWM; bi-directional pulse power; complex programmable logic devices (the CPLD); hardware description language (VHDL)

目    录
1  概述 1
1.1  课题研究的背景及意义 1
1.2  脉冲电源的发展及特点 2
1.3  本课题主要内容 3
2  双向脉冲电镀电源主控系统方案的设计 3
2.1  系统总体方案的验证 3
2.1.1  主回路方案的验证 3
2.1.2  控制回路方案的验证 5
2.2  系统总体方案的设计 5
2.3  数字化PWM方案的设计 6
2.4  单片机控制方案的设计 6
3  双向脉冲电镀电源主控系统的硬件设计 6
3.1  硬件电路的总体方案 6
3.2  模拟电路部分 7
3.2.1  双向脉冲电镀电源主电路 7
3.2.2  主电路参数计算 8
3.2.3  保护电路 13
3.3  数字电路部分 13
3.3.1  CPLD工作电路 13
3.3.2  单片机工作电路 15
3.3.3  A/D转换电路 16
3.4  驱动电路部分 16
3.5  电源电路部分 17
3.6  抗干扰电路设计 18
4  双向脉冲电镀电源主控系统的软件设计 18
4.1  软件开发环境 18
4.2  数字PWM功能的设计 19
4.3  单片机功能电路设计 22
4.3.1  A/D转换数据的传输 23
4.3.2  模糊PID控制算法的实现 23
5 结束语 24
参考文献 26
致    谢 27
附    录 28
附录1： 电路原理图 28
附录2： PCB图 29
附录:3： 程序清单 30