基于FPGA的通用开关电源控制器硬件模拟开发平台的设计与实现.caj

为提高系统 的可靠 性$控 制电 路需要 各种 保护功 能$
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!电子技术应用 " !""! 年第 " 期
计算机技术
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Hale Waihona Puke 应用系统实验证明& 此硬件模拟开 发平台可以很好地模拟电流型
$%& 控 制 器 $
针对开关电源控制器开发 过程中软件仿真的不足&本文 提 出 并 设 计 了 一 套 基 于 /$K) 的 通 用 ?8 控 制 器 硬 件 模 拟 开 发平台$ 此平台充分利用
#"# 软 启 动 模 块 的 实 现
为避免开关电源开启时在输入端产生过大的冲击 电 流$其 控制芯 片内 部集成 有 软 启 动 模 块 # 软 启 动 电 路 有 多种 实现 方法$利 用通 用硬件 模 拟 平 台 可 以 模 拟 出 相 应的软启动电路#
#"( 保 护 电 路 模 块 的 实 现
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KL= J $:BDM
$G@PB J GB:9B % +:BS -97WS9
GG #@NO:9:B@9 K@;S9 J -@;8 FSRSB T *K+U KC!C 3 KL= F:NO
图 V 模拟式软启动电路
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图 " 模拟式软启动电路波形图
*K+U 的 编 程 $ 可 以 实 现 各 种 所 需 的 数 字 逻 辑 策 略 $ 从 而 可 以 很 好 地 对 KL= 控 制 器 的 数 字 逻 辑 部 分 进 行 硬 件 模 拟 # !"# 模 拟 电 路 部 分
模拟电路部分主要包括以下功能模 块 & 2. 电 源 模 块 % 参 考 电 压 模 块 % 通 用 加法电路模块%通用放大电路模块% 通用比较电路模块% 数字软启动单 元 模 块 % 模 拟 软 启 动 单 元 模 块 % U Y模 块%驱动 电路 模块 等# 通过对这些通用模块及其他功 能 模 块 的 组 合 $ 可 以 实 现 对 KL= 控 制器各种模拟电路单元的硬件仿真# 限于文章篇幅$ 各个功能模块 的具体组成将不在此介绍#
随着电 力电 子技术 的发 展$离 线 开 关 电 源 在 人 们 的 日常生活中得到了日益广泛的应用% 在开关电源领域$ 各大半导体厂商对开关电源控制芯片的竞争也日趋激 烈% 因此$缩 短控 制芯片 的开 发 周 期 及 新 产 品 的 上 市 时 间$是提高其竞争力的关键因素% 在开关电源控制芯片的设计过程中$ 软件仿真是系 统方案论证的一个重要手段% 而控制芯片的硬件模拟$ 因 其能 够克 服软件 仿真 的一些 缺点 $日益 受到人 们关 注% 为 此 $ 笔 者 设 计 并 开 发 了 一 套 基 于 HB[L 的 通 用 开 关 电 源 控 制 器 硬 件 模 拟 平 台 % 控 制 器 的 逻 辑 电 路 通 过 HB[L 编程实现* 控制器的模拟电路通过比较器+ 放大器等实 现% 通过此平台对开关电源控制芯片进行硬件模拟$直 接从硬件对控制器设计的技术方案进行论证确认$ 提高 了控制器设计的可靠性$从而大大缩短其设计周期%
如 输 入 过 压 保 护#输 入 欠 压 保 护 #开 环 状 态 保 护 #过 载 保 护以及峰值电流限幅保护等$ 保护功能模块可以由比较 电 路 实 现 $ 将 监 测 信 号 - 如 电 源 电 压 !.. % 输 出 电 压 反 馈 信 号 !/0 及 电 流 反 馈 信 号 "12312 等 4 分 别 与 给 定 的 参 考 电 压 进 行比较&当被监测信号超过参 考电 压值 时&错误 比较 器 ’ 56676 8&$ ( 将 立 即 翻 转 & 并 通 过 错 误 锁 存 器 956676
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#接 上 页# 得非常方便$十分有利于 大型 分布式 应用 服务系 统的 资 源 管理 % 在 此模 型基础 上发 展起 来的 &一 证通 ’系统也 在 某省的数字认证中心中得到 了良好 的运 行$系统 的运 行 维护成本也得到了有效的控制% 参考文献 $ %&’(%)*+,+"-. ( %/01234561/ 5787/1819:;’<7/ &:=573= %/572; >1//7>561/; ?@7 A627>512: ( BCD86>;E7: 4/F 45526DC57 >725606>457 02437G12E $ H1C25@ 7F6561/ $ IJJK I ?C134= LC24MA6=526DC57F 4>>7== ;269@5= 34/49737/5 G65@ F78; 794561/ >725606>457=N*OMIJJJ P Q11/ & MB42E MR6/F6/9 %F7/56567= 4/F L5526DC57= S=6/9 A6965488: &69/7F *725606>457=N*OMIJJJ " T688643 &54886/9= $ 杨 明 译 M 密 码 编 码 学 与 网 络 安 全 ) 原 理 与
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E<=>? #456@AB
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图 2 数字式软启动电路波形图
由 外 部 晶 振 产 生 的 2<=>? 时 钟 信 号 经 过 一 次 分 频 模 块 #$%-$$ 得 到 E<=>? 的 时 钟 信 号 $ 然 后 再 经 过 一 个 可以自由设定参数的二次分频器$得到所需要的时钟频 率 信 号 # 其 中 $ 一 次 分 频 模 块 #$%-$$ 为 Z7478‘ 公 司 的 标 准 库 函 数 ’ 二 次 分 频 模 块 利 用 .>-$ 语 言 编 写 逻 辑 程 序予以实现#
本 刊 邮 箱 # !"#$%&’! ( &)* ( &%
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计算机技术
至 C<X 个 用 户 &Y, 的 接 口 #
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应用系统
# "# "! 模 拟 式 软 启 动 电 路
此 模 式 的 软 启 动 电 路 如 图 V 所 示 $ 由 上 拉 电 阻 !G@PBJGB:9B 和 外 加 电 容 "RR 实 现 # 当 模 拟 平 台 开 启 时 $ 2. 基 准 源 通 过 上 拉 电 阻 !G@PB JGB:9B 向 "&& 充 电 $ 软 启 动 时 间 由 时 间 常 数 决 定 $ $G@PB JGB:9B aE! aE!G@PB JGB:9B"RR ’ 当 模 拟 平 台 关 闭 时 $ 由 *K+U 产 生 FSRSB 信 号 $ 开 通 ’RR $ 使 "RR 放 电 $ 以 保 证 下 次 重 新 启 动 模 拟 平 台 时 $ "&& 的 电 压 从 零 开 始 上 升 # 启 动 过 程 的 波 形 如 图 " 所示#
摘 要 ( 设 计 了 一 套 基 于 HB[L 的 通 用 离 线 开 关 电 源 硬 件 模 拟 开 发 平 台 $ 并 对 此 硬 件 开 发 平 台 的 硬件组成及工作原理进行了分析% 利用此硬件开发平台对开关电源控制器进行硬件模拟$ 可以弥补 控 制 芯 片 设 计 过 程 中 软 件 仿 真 的 不 足 $大 大 缩 短 控 制 芯 片 开 发 周 期 % 关 键 词 ( HB[L 离 线 开 关 电 源 开 关 电 源 控 制 器 硬 件 模 拟
#"#"# 数 字 式 软 启 动 电 路
另一种软启动模式为数字式软启动模式# 其设计思 想是通过控制三个开关管的开通顺序$ 得到一逐次上升 的 阶 梯 形 电 压 #G@PBR $ 从 而 达 到 软 启 动 的 目 的 # 软 启 动 的 时 间 可 以 通 过 切 换 时 间 !% 确 定 $ 即 $G@PB JGB:9B ab!% # 启 动 过 程 的波形如图 2 所示#
#"$ %&’ 生 成 模 块 的 实 现
此硬件模拟平台可以实现电压型及电流型脉宽调制 方 式 # 电 流 型 KL= 发 生 器 的 实 现 电 路 如 图 ! 所 示 $ 其 开 通信号由时钟脉冲触发’ 关断信号由变压器原边电流信 号和输出电压反馈信号决定# 变压器原边的电流反馈信 号 ( 由 采 样 电 阻 经 #G 端 得 到 ) 放 大 后 $ 与 输 出 电 压 反 馈 信 号 TFS\3 比 较 $ 当 二 者 电 压 信 号 相 等 时 $ KL= 比 较 器 翻 转 $ 关 断 KL= 输 出 脉 冲 信 号 # 输 出 脉 冲 的 最 大 占 空 比 由 #$% 信号的占空比决定#
实 践 # NUOM 北 京 ( 电 子 工 业 出 版 社 $ IJJK
, 关 振 胜 M 公 钥 基 础 设 施 BV% 与 认 证 机 构 *LNU OM 北 京 ( 电 子
工 业 出 版 社 $ IJJI ) 收 稿 日 期 ( IJJ,WJ.- KK #
!电子技术应用 " !""! 年第 " 期
# 开关电源控制器硬件模拟的实现
通 过 对 *K+U 的 逻 辑 功 能 编 程 以 及 模 拟 电 路 功 能 模 块 的 组 合 $ 可 以 实 现 开 关 电 源 KL= 控 制 器 各 个 功 能 模 块 的 硬 件 模 拟 $ 如 振 荡 器 模 块 % 软 启 动 模 块 % KL= 生 成 模块以及保护电路模块等#