基于CPLD控制的脈沖開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

 
摘  要：脈沖開(kāi)關(guān)電源是一種可以輸出正負(fù)雙向脈沖，并維持電壓恒定的系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)雙向脈沖電鍍的原理進(jìn)行深入的研究，提出一種全橋逆變及斬波電路，能夠很好的實(shí)現(xiàn)獲得大功率低壓大電流的雙向脈沖電鍍電源的目標(biāo)。
采用單片機(jī)為核心的反饋控制系統(tǒng)，利用模糊PID算法并且通過(guò)單片機(jī)與CPLD的配合可以精確的控制輸出的電壓，使其維持在恒定的數(shù)值上。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置了保護(hù)電路，對(duì)原邊電流和驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行了檢測(cè)，可以及時(shí)的對(duì)系統(tǒng)中過(guò)流等異常狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，基于CPLD設(shè)計(jì)的PWM觸發(fā)脈沖可以保證驅(qū)動(dòng)電路可靠驅(qū)動(dòng)主電路。數(shù)字PWM芯片中設(shè)置相應(yīng)的逆變頻率和死區(qū)時(shí)間以保護(hù)電路。
系統(tǒng)使用了Altera公司的EPM7128芯片，在MAX+PLUSⅡ的集成環(huán)境下采用了VHDL語(yǔ)言完成了硬件芯片的設(shè)計(jì)。介紹了基于此芯片的雙向脈沖電鍍電源數(shù)字控制方式，最后通過(guò)軟件仿真驗(yàn)證了以上控制方法的正確性和實(shí)用性。
 
關(guān)鍵詞：數(shù)字PWM；雙向脈沖電源；復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）；硬件描述語(yǔ)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    錄
1  概述 1
1.1  課題研究的背景及意義 1
1.2  脈沖電源的發(fā)展及特點(diǎn) 2
1.3  本課題主要內(nèi)容 3
2  雙向脈沖電鍍電源主控系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 3
2.1  系統(tǒng)總體方案的驗(yàn)證 3
2.1.1  主回路方案的驗(yàn)證 3
2.1.2  控制回路方案的驗(yàn)證 5
2.2  系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 5
2.3  數(shù)字化PWM方案的設(shè)計(jì) 6
2.4  單片機(jī)控制方案的設(shè)計(jì) 6
3  雙向脈沖電鍍電源主控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6
3.1  硬件電路的總體方案 6
3.2  模擬電路部分 7
3.2.1  雙向脈沖電鍍電源主電路 7
3.2.2  主電路參數(shù)計(jì)算 8
3.2.3  保護(hù)電路 13
3.3  數(shù)字電路部分 13
3.3.1  CPLD工作電路 13
3.3.2  單片機(jī)工作電路 15
3.3.3  A/D轉(zhuǎn)換電路 16
3.4  驅(qū)動(dòng)電路部分 16
3.5  電源電路部分 17
3.6  抗干擾電路設(shè)計(jì) 18
4  雙向脈沖電鍍電源主控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18
4.1  軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 18
4.2  數(shù)字PWM功能的設(shè)計(jì) 19
4.3  單片機(jī)功能電路設(shè)計(jì) 22
4.3.1  A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳輸 23
4.3.2  模糊PID控制算法的實(shí)現(xiàn) 23
5 結(jié)束語(yǔ) 24
參考文獻(xiàn) 26
致    謝 27
附    錄 28
附錄1： 電路原理圖 28
附錄2： PCB圖 29
附錄:3： 程序清單 30