现代数字控制器的设计和实现的直流-直流转换器

S.Chithra¹,诉Devi Maheswaran²

PG学生(嵌入式系统),部门EEE, Rajalakshmi工程学院,钦奈,印度Tamilnadu
副教授,EEE称,Rajalakshmi工程学院,钦奈,印度Tamilnadu

文摘

有几种技术实现直流-直流转换器使用数字控制器在这些基于FPGA(现场可编程门阵列)实现提供各种优势的速度、灵活性、低功率的使用,减少了设备规模和大规模的并行性。传统方法允许故障诊断后才最终实现导致额外成本和设计时的损失。提出了一种基于FPGA实现的智能方法使用Matlab和直流-直流巴克提高变换器控制系统模型Sim卡。完成控制算法和编码的Verilog代码和Altera FPGA板上实现。整个系统的FPGA控制和决定是否增加或减少的电压取决于应用程序。检查负载应用和效率在可变负载条件。

关键字

转换器,DSP,现场可编程门阵列,Matlab, Modelsim。

I.INTRODUCTION

所有电池供电的电子设备的电压范围,范围之间的半充电电池完全充电。因为所需的输出可能或多或少比提供的电压,巴克和提高转换器需要级联用于这一目的。级联的两个转换器导致所谓buck-boost转换器。

这些转换器的控制一直是传统上使用模拟实现方法。但由于最近的数字技术的进步,数字控制器还开始取代模拟控制器。数字系统控制使用微控制器和数字信号处理器(DSP)被取而代之的是更合适的人选,现场可编程门阵列(FPGA) [1]。现场可编程门阵列(FPGA)由一个矩阵的可重构门阵列逻辑电路,可以配置在某种程度上取决于用户的需求。这些逻辑块当配置和连接创建一个软件应用程序的硬件实现[2]。FPGA的行为可以被描述使用硬件描述语言(HDL)或示意图。FPGA技术现在被越来越多的设计师在各个领域的应用,如电信、视频信号处理、嵌入式控制系统和电气控制系统[2]。因此基于FPGA控制器是可取的,因为以下优点(5 - 9)。

FPGA可以更快的过程信息。

控制器体系结构可以优化的空间或速度。

在辐射宽容包可用。

实现高密度脂蛋白允许针对各种商用设备。

FPGA允许实现并行处理。

剩下的纸是组织如下:第二部分解释了巴克,提高转换器的系统模型及其工作原理。线路图的巴克提振转换器第三节中给出。转换器的设计方程给出了第四节。设计规范给出了部分诉第六章给出了仿真结果。终于在第七章给出了结论。

二世。系统模型

图1演示了模型的提出buck-boost转换器。该系统可以在巴克,促进和buck-boost模式

上述系统的操作如下。一个230 v / 50 hz交流作为供给的来源。这种交流电压下台,纠正和规范来获得所需的直流输入。这个直流电压给巴克提高转换器部分,这个输入值转换到另一个水平的输出直流电压。整个系统的主要部分是问题的数字控制器部分控制信号开关转换器所需的值。数字控制器由三个主要部分:模拟到数字转换器(ADC),脉冲宽度调制(PWM)和一个补偿器。图2显示了数字控制器的详细描述块部分。

输出从转换器是一个获得模拟直流电压。需要转换成模拟电压PWM以来数字相当于可以只接受数字值。这个数字值比较的参考价值,不同的是生成一个错误信号,补偿PID等使用合适的补偿方法。补偿值的脉冲宽度调制(PWM),根据控制信号,调整其工作周期。系统可以运行在三个模式:

a·巴克的操作模式

巴克模式下的系统运行时所需的电压小于输入电压。巴克PWM脉冲控制电路。这种模式类似于直流-直流转换器下台。

b .提高操作方式。

电路在提高运营模式时所需的电压大于输入电压。系统控制的提升由FPGA产生PWM脉冲。在这种模式下系统类似于直流-直流转换器。

c·巴克和提高模式的组合。

当所需的电压水平接近于输出电压水平,推卸责任和提高模式不能满足电路的目的是巴克和提高模式的结合。在这种模式下控制系统分别与巴克和提高PWM脉冲。

三世。线路图的巴克提振转换器

电路的工作原理如下:在使用状态,输入电压源直接连接到电感(L)。这导致积累能量在这个阶段,L .电容器供应能量输出负载,而在断开状态,电感器与输出负载和电容器,所以能量转移从L C和r开关的操作由FPGA的PWM脉冲控制。

输出电压与参考电压相比,如果他们获得电压较小比所需的电压然后提高FPGA产生的PWM脉冲。如果获得的电压大于所需的电压然后巴克由FPGA产生PWM脉冲。

IV.DESIGN方程

源电压VS = 20 v, k是获得和应大于0.5。让k的值是0.6。方程(1)可以计算出输出电压。

诉转换器的设计规范

按照规格20 v的输入电压与50%的关税周期获得的平均输出电压50.77 v和50.8125 v之间。

VI.SIMULATION结果

仿真结果给出了单独的巴克提振转换器部分和PWM脉冲生成。面临的主要挑战在于co-simulating Matlab和Modelsim。工作的联系,ModelSim从命令提示符调用Matlab。

答:巴克提高转换器部分

巴克提振转换器在Matlab仿真软件实现。图4所示的仿真软件模型。

使用降压器输入电压获得。230 V AC下台,纠正和一个输入20 V直流巴克提高转换器。50%的关税的PWM脉冲周期给出使用重复序列块从模型库中。获得的输出电压是大约50 V直流。

B的PWM脉冲生成数字控制器

PWM脉冲生成使用ModelSim仿真软件。编码是用Verilog硬件描述语言完成的。的责任周期脉冲可以从30%变化到70%。图7显示了PWM脉冲周期和50%的进口关税。

VII.CONCLUSION

因此直流-直流巴克提高变换器的仿真使用数字控制器和各种输出得到执行。所涉及的数字控制三个模块;模拟到数字转换(ADC),补偿器的设计和代的PWM脉冲。控制电路驱动栅MOSFET的巴克转换器。这减少了损失,提高变换器的效率,并通过合适的电路的切换过程。这样一个数字控制转换的速度增加。

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