电流型高分辨率DPWM控制器的设计与实现

设计了基于时钟移相的电流型数字脉宽调制(DPWM)控制器,并将其成功应用于数字化逆变焊接电源.分析了单相逆变电源输出极限环产生的原因和抑制措施,提出了基于移相技术的电流型DPWM控制器的设计方案.结合数字化全桥逆变焊接电源,介绍了电流型DPWM控制器的设计过程,并进行了仿真.最后在逆变电源控制系统和全桥数字化逆变电源平台上验证了设计的精确性和可靠性.     

数字锁相环频率跟踪控制方法的优化设计

针对超声波电源系统中换能器发热、磨损以及负载变化等原因引起谐振频率漂移的问题,提出了一种优化的全数字锁相环(PLL)频率跟踪控制方法。该方法采用自采样比例积分微分(PID)控制,基于数字鉴相器输出的相位误差大小调节数字序列滤波器的计数值,在保证系统稳定运行的同时提高了系统的响应速度。还可以作为一个功能模块来构成片上系统(SoC),提升系统运行可靠性的同时减少逻辑资源利用率,最后通过仿真和实验验证该理论的正确性。     

一种用于继电保护测试装置的闭环控制正弦基准生成系统

针对目前继电保护测试装置在应用中实现小型化、智能化的需求,设计出了基于FPGA的闭环控制正弦信号基准生成系统。该系统采用FPGA作为片上系统,在芯片内集成了数字滤波器和PID控制器。设计出了低通和高通两种数字滤波器的原型,并通过递推算法在片内实现其功能。分析了解调中的幅值相位分离理论,并给出了相位环路和幅度环路的闭环控制框图,推导了控制器的离散表达式。实验结果表明,所设计的信号处理系统在输出信号幅值大于5V时,误差小于万分之一。当输出幅值信号较小时,相比开环系统,采用闭环控制系统的输出精度得到了明显的改善。在FPGA片内实现闭环正弦生成系统,为继电保护测试装置在保证精度的前提下提高系统集成度,提供了一种全新的设计思路和实现方法。     

基于Si8250的数控开关电源环路补偿器设计

以数字电源控制器的设计方法为研究对象,通过建立数控半桥变换器的环路数学模型,利用MathCAD和Matlab来完成环路开环稳定性的运算和分析,采用Venable III型补偿方法设计出数字PID补偿器。环路补偿实验证明,利用Si8250控制器的直接数字控制方案可以达到很好的环路动态响应和稳定特性。     

新型混合DPWM方法及其实现

数字脉宽调制器(Digital Pulse Width Modulator,简称DPWM)是数字控制开关电源的核心.在DPWM的实现中,存在DPWM分辨率与系统工作频率之间的矛盾.提出了一种新型混合高分辨率DPWM方法,该方法利用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)中数字时钟管理(Digtal Clock Manager,简称DCM)的倍频及移相功能、高频计数比较模块及数字"抖动"方法,在系统硬件工作频率为32MHz,开关频率为1 MHz的条件下,实现了11位的DPWM分辨率.论述了各模块的原理及实现方法,并给出了基于Virtex-Ⅱ FPGA的仿真和实验结果.     

基于三端等效电路模型的FB-ZVZCS变换器控制环路设计方法

为保证平均电流型控制方式下输出宽范围可调电源的全局稳定性,采用新型的三端等效电路模型对系统进行小信号建模,避免了传统平均模型不能预测次谐波振荡的问题。基于该模型给出了比例积分型电流补偿器的设计方法,获得良好的电流控制特性;分析了稳态工作点对系统控制环路设计的影响,给出了适合宽变工作点条件下电压外环的设计方法,在保证全局稳定性的同时,系统能获得更宽的控制带宽;利用该方法对一台最大电流4A、输出电压50~600 V连续可调的FB-ZVZCS变换器进行控制环路设计。实验结果表明,变换器在各稳态工作点具有良好的稳定性和动态特性,验证了设计方法的正确性。     

基于双CPU+PSD的电外科控制器的设计与研究

设计了一种基于双CPU+PSD的电外科手术仪控制器.该控制器采用直接数字频率合成技术产生频率和脉宽可调的输出波形;通过共享RAM实现主、从处理器的并行运行;设计了输出电流、电压双反馈电路,根据反馈电流及电压信号,检测功能有效地控制输出能量的大小;利用增量式PID算法实现恒流、恒压及恒功率控制.通过在某高频电刀上的试验表...     

高频多相数字DC/DC控制器的设计

介绍了应用于低电压、大电流高频多相数字DC/DC控制器的设计.该控制器采用数字PID算法、电压模式控制,具有DVS功能.控制器在现场可编程门阵列(FPGA)上实现,采用Dither数字脉宽调制(DPWM)结构获得1MHz的开关频率.采用该控制器的四相Buck电路输入电压为12V,输出电压由8 bit VID码控制从0～1.6 V可调,每相电流20A.实验结果证实了控制器的性能以及设计方法的正确性.     

开关串联型高压纳秒级双极性脉冲功率电源研究

与直流高压除尘相比,高压脉冲除尘具有更好的除尘效果且能耗更低.为提高脉冲电源系统效率及功率密度等指标,需输出纳秒级高频高压脉冲.基于固态开关器件串联拓扑,设计了一种高压纳秒级双极性脉冲功率电源.基于脉冲电源拓扑和工作原理,首先详细分析并设计了电源各部分组件参数,然后通过仿真验证了方案的有效性.最后搭建了脉冲功率电源样机进行实验验证,测试结果表明,脉冲电源能够输出幅值0～±4 kV、脉冲上升沿约58 ns、下降沿约175 ns、脉宽10 ns～100 μs可调的高压快速脉冲,验证了理论分析与设计的正确性.     

大数据与物联网

介绍了一种LTE信号功率稳幅系统,采用有效值检波技术实现高速实时采样,数字脉冲稳幅技术进行功率控制。根 据LTE脉冲调制信号的特点,利用FPGA高精度计数器测量通道延迟时间,计算出实时采样时刻;给出了基于FPGA处理控制, 包含电调衰减器、放大器、耦合器、检波器及调制器在内的环路设计方案,设计出针对脉冲调制信号稳幅的软件算法系统。 实验表明：该系统在2~3 GHz宽频带内,实现了功率稳定控制,误差在0.5 dBm以内,保证了平坦的功率特性,满足宽频带、 高精度、功率稳定输出的要求。     

TD-LTE信号稳幅环路设计

介绍了一种LTE信号功率稳幅系统,采用有效值检波技术实现高速实时采样,数字脉冲稳幅技术进行功率控制。根据LTE脉冲调制信号的特点,利用FPGA高精度计数器测量通道延迟时间,计算出实时采样时刻;给出了基于FPGA处理控制,包含电调衰减器、放大器、耦合器、检波器及调制器在内的环路设计方案,设计出针对脉冲调制信号稳幅的软件算法系统。实验表明：该系统在2~3 GHz宽频带内,实现了功率稳定控制,误差在0.5 dBm以内,保证了平坦的功率特性,满足宽频带、高精度、功率稳定输出的要求。     

基于FPGA的新型混合DPWM方法及其实现

数字脉宽调制器DPWM(Digital Pulse Width Modulation)是数字控制开关电源的核心。一般在DPWM的实现中,存在DPWM分辨率与系统工作频率之间的矛盾。本文提出了一种新型混合高分辨率DPWM的实现方法,该方法利用FPGA中数字时钟管理DCM(Digital Clock Manager)的倍频及移相功能、高频计数比较模块及数字“抖动”方法,在系统硬件工作频率为32MHz,开关频率为1MHz的条件下,实现了11位的DPWM分辨率。文中论述了各模块的原理及实现方法,并给出了基于Virtex-II FPGA的仿真和实验结果。     

基于变论域模糊PID控制的逐脉冲算法逆变技术研究

针对单相逆变器传统双闭环算法负载适应能力不强,电压波动率较大等问题,提出了一种基于变论域模糊PID控制的逐脉冲算法的控制策略,该算法将传统幅值反馈压缩至足够小的一个区间进行,与传统整周期有效值给定的方式相比,其给定值为各个小区间所对应的有效值,即区间有效值,反馈值为采样点的离散有效值,并采用变论域模糊PID控制提高参数鲁棒性和控制精度,理论研究表明其可兼顾幅值和瞬时值反馈的优点,提高逆变装置性能,降低环路参数设计难度。为验证该算法的正确性,搭建一台3kW试验样机,实验结果表明了该控制方法的有效性。     

基于脉冲阻塞原理的六相连续型交-交变频电源

为充分体现交-交变频电源的优势,在传统的交-交变频技术和脉冲阻塞原理的基础上,论文提出了一种基于脉冲阻塞原理的六相连续型交-交变频电源。该变频电源采用全控型功率器件具有控制灵活、功率器件较少和成本较低等优点。通过脉冲阻塞和变脉宽斩波控制策略的理论分析,推导出了输出电压频率和幅值的相关表达式,实现了输出电压的变频调幅。最后,设计了以dSPACE为控制核心的六相连续型交-交变频电源的半实物仿真平台,分别在两种频率下完成相关实验。实验结果和理论分析一致,验证了基于脉冲阻塞原理的六相连续型交交变频电源的正确性及可行性。     

多路数字绝缘电阻测试仪用的直流电源设计

基于反激式单片开关电源的设计方案,设计了多路数字绝缘电阻测试仪使用的250V直流电源.设计了基于TL431和电阻网络的精密反馈电路,以满足电源输出电压幅值高,精度高的要求.介绍了电路的工作原理以及主要参数的确定方法.实验结果表明,电源达到了设计目标,满足多路数字绝缘电阻测试仪测量精度的要求.     

基于GUI的数字电源补偿器的设计

为了设计基于Si8250的数字电源补偿器,采用该芯片专有的GUI图形仿真软件,对功率级主电路的开环模型进行了仿真,生成了幅频和相频特性曲线。结合了Venable补偿理论与GUI中的控制环路模型及图形化补偿方式,设计了精确的数字PID补偿器。试验表明,通过GUI设计的数字补偿器具有很好的环路动态特性和稳定性。     

自采样比例积分控制全数字锁相环的性能分析和实现

提出了一种基于自采样比例积分（PI）控制的全数字锁相环（ADPLL）,并对该锁相环进行了详细的理论分析和仿真验证,最后用现场可编程逻辑器件（FPGA）予以实现.由于采用了自采样比例积分控制策略,使该锁相环在不同的锁频点具有几乎相同形式的传递函数,有利于理论分析和环路设计.理论分析、仿真验证和试验结果都表明该全数字锁相环具有环路参数设计简单、跟踪范围广、跟踪速度快、系统稳定性好、控制灵活等优点.该设计方案可以作为一个子系统或功能模块用来构成片上系统（SoC）,用以提高控制系统的可靠性、简化系统的硬件结构.     

污水处理用非规则脉冲功率电源的研究

结合脉冲功率处理污水的特点和要求，设计和制作了可以输出多种非规则脉冲的开关电源样机。脉冲电压的幅值、频率和占空比等参数可以在较大范围内实现连续的可编程数字调节。采用了基于电压瞬时值反馈的数字PID控制，在实现数字变频过程中使用了基于DSP的查表计算混合的SPWM生成算法。并且利用该电源进行了一系列印染污水处理的实验。     

基于DSP实现双闭环控制的直流电源

通过对电力机车直流稳压电源的分析,阐明了开关电源设计的技术要求.选用智能功率模块IPM设计的电力机车110 V数字开关电源,利用DSP数字信号处理芯片TMS320F2812对电源控制系统进行实时处理,采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略.设计了双闭环控制策略的软件,电流内环采用单神经元控制算法,给出了电压外环控制过程中PID参数的设置过程,以保证电压输出的稳定性和电压调节的速度.实验表明,电源运行稳定可靠,额定工况下电源转换效率达到94%,电压动态调节时间小于5 ms,输出误差小于±1%.     

高精度数字PWM的实现——数字"抖动"

通过研究数字"抖动"的基本原理,以ALTERA公司CycloneⅡ系列FPGA为载体,在基于计数方式的数字PWM上使用数字"抖动"来提高DPWM的精度,精度达到500ps.介绍了基于FPGA的数字"抖动"的实现过程,分析了数字"抖动"对输出纹波的影响以及对控制带宽的限制.并在以12V输入、1V输出Sync-Buck为主电路的样机上得以验证.