计算机论文：基于FPGA的Buck型开关电源数字控制方法计算机研究
数字控制的buckdc-dc变换器研究
西安科技大学硕士学位论文数字控制的Buck DC-DC变换器研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：程红丽;刘健@论文题目：数字控制的Buck DC-DC变换器研究专业：电路与系统硕士生：王立（签名）指导老师：程红丽（签名）刘健（签名）摘要为了在失电情况下继续维持智能终端设备短暂工作，研究了一种基于超级电容器储能和buck DC-DC变换器的自动化终端备用开关电源解决方案。
论述了电路组成、下限工作电压选取和储能电容器容量设计方法。
根据能量平衡关系，分析了负载突然增大和负载突然减轻情况下的最严重电压凹陷和电压骤升，并得出输出滤波电容容量的设计考虑。
以一个具体的超级电容器储能FTU电源为例，详细说明了电路参数的设计方法，并进行了实验研究。
实验结果表明所设计的超级电容器储能备用电源能够满足在失去正常供电电源后自动化终端待机、操作和通信的需要，并且所进行的理论分析与实际情况相符。
为了改善buck DC-DC变换器的动态性能，提出了一种基于微处理器的电流跟踪数字控制方法，根据输出电流和输出电压的采样信息，计算出所需要的输出电流，并将电感电流控制在该输出电流的一个滞环宽度之内。
详细分析了负载突变和启动过程中输出电压的动态响应，给出了参数选择和设计依据。
在Simulink环境下以一个具体的Buck 变换器为例进行仿真实验，获得仿真数据及仿真波形等仿真结果。
最后以ARM—LPC2138作为控制平台，制作了一台电流跟踪数字控制的buck DC-DC变换器，并进行了实验研究。
实验结果表明所提出的电流跟踪数字控制方法是可行性、所进行的理论分析是正确的，并且表明所提出的方法具有动态响应速度快的特点。
关键词：DC-DC变换器；电容储能；电流跟踪控制；数字控制；动态特性研究类型：应用研究Subject ：On Digital Controlled Buck DC-DC ConvertersSpecialty ：Circuit and SystemName ：Wang Li (Signature) Instructor：Chong Hongli (Signature)Liu Jian (Signature)ABSTRACTTo keep the intelligent terminal units working for a certain period in case of outage, A back-up switching supply based on super capacitor energy storage and buck DC-DC converters is researched. The circuit structure, the selection of the minimum working voltage of the converter and the design considerations of the capacitance of the energy storage capacitor are discussed. Based on the energy balance principle, the lowest output voltage drop and the highest output voltage rise in case of the output current suddenly changing are analyzed, respectively. The design considerations of the output filter capacitor are given. A super capacitor energy storage based back-up supply is used as the example to show the design steps. Experiments are made on the supply, the results of which show that it can meet the requirements of normal working, communication and control, and that the analysis results are in positive to the experiment results.To improve the dynamic behaviour of buck DC-DC converters, a current following digital control approach based on micro-processor is put forward. The output current and the output voltage are measured, based on which, the inductor current to make the output voltage to be the desired value is calculated and is controlled to a narrow range around it. The dynamic performance in case of the load changing and the starting period is analyzed. The design considerations are given. Taking a specific Buck converter as an example, the Simulink simulation results are obtained. Finally a buck DC-DC converter based on current following digital control has been implanted by ARM—LPC2138 and the experiments are made, the results of which show that the proposed approach is feasible, the analysis is correct and the proposed method is with fast responding speed.Key words: DC-DC converters Capacitor based energy storage Current following control Digital control Dynamic behaviourThesis : Application Research1绪论1 绪论1.1 选题背景和研究意义1.1.1开关电源技术的产生开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态，是利用现代电力技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
基于同步Buck变换器的数字控制技术研究
基于同步Buck变换器的数字控制技术研究随着现代电子技术的快速发展，电力电子领域的研究和应用也日益成熟。
同步Buck变换器作为一种常用的降压型DC-DC转换器，具有体积小、效率高、响应快等优点，在电源管理、电动车、太阳能电池等领域得到了广泛应用。
然而，传统的Buck变换器采用模拟控制方式，存在输出电压精度低、响应速度慢等问题。
为了克服这些问题，数字控制技术逐渐引入到Buck变换器中，实现对输出电压的精确控制和快速响应。
数字控制技术主要包括ADC（模数转换器）、DSP（数字信号处理器）以及PWM（脉宽调制）等关键组件。
首先，通过ADC将输出电压转换为数字信号，然后经过DSP进行数字信号处理，最后通过PWM控制器生成相应的脉冲信号，控制开关管的导通与断开，从而调节输出电压。
基于同步Buck变换器的数字控制技术研究主要集中在以下几个方面。
首先，需要设计合适的ADC采样电路，保证采样精度和速度。
其次，需要选择适当的DSP芯片，实现对采样数据的高效处理和算法运算。
此外，还需要设计合理的PWM控制器，确保输出电压的稳定性和响应速度。
在研究过程中，需要进行大量的实验和仿真，验证数字控制技术在同步Buck变换器中的可行性和有效性。
通过对不同工况和负载情况下的实验数据分析和比较，可以得出最佳的控制算法和参数设计。
总之，基于同步Buck变换器的数字控制技术研究为提高降压型DC-DC转换器的性能和稳定性提供了有效的手段。
通过数字控制技术的应用，可以实现对输出电压的精确控制和快速响应，进一步推动电源管理、电动车、太阳能电池等领域的发展。
然而，仍然需要进一步深入研究和探索，以更好地应对实际应用中的挑战和需求。
基于FPGA的数字电源控制技术的研究与实现的开题报告
基于FPGA的数字电源控制技术的研究与实现的开题报告一、选题背景和意义随着数字化时代的到来，数字电源控制技术已经成为现代电子产品中的一个基本要素。
传统的电源控制技术采用模拟控制方法，存在颗粒度较大、控制能力有限、安全性较差等问题。
而基于FPGA的数字电源控制技术可以实现更加稳定、精确、高效的电源控制，能够提高电子产品的安全性、稳定性和可靠性，因此获得了广泛的关注和应用。
本次课题旨在研究基于FPGA的数字电源控制技术，并实现一个基于该技术的数字电源控制器，以验证该技术在实际应用中的可行性和优越性。
二、研究内容和目标本次研究将会涉及以下内容和目标：1. 研究数字电源控制技术的基本原理和相关算法。
2. 设计并实现一个基于FPGA的数字电源控制器，包括电源变换、数字信号处理和控制算法等。
3. 对实现的数字电源控制器进行性能评估，包括稳定性、精度、响应速度等指标的测试和分析。
4. 探讨基于FPGA的数字电源控制技术在实际应用中的优劣势，为其推广和应用提供参考。
三、研究方法和技术路线本次研究将采用以下方法和技术路线：1. 通过文献调查和资料收集，了解数字电源控制技术的基本概念和相关算法。
2. 基于Xilinx FPGA平台，设计并实现一个数字电源控制器，包括模数转换、数字信号处理和控制算法等模块。
3. 对实现的数字电源控制器进行性能评估，包括稳定性、精度、响应速度等指标的测试和分析。
4. 分析数字电源控制技术在实际应用中的优劣势，为其推广和应用提供参考。
四、可行性分析和预期成果本次研究的可行性主要基于以下因素：1. FPGA平台具有良好的性能和可编程性，适合实现数字电源控制器。
2. 数字电源控制技术已经得到广泛应用，其相关算法和模块已经得到了一定程度的验证和应用。
本次研究的预期成果包括：1. 实现一个可用的数字电源控制器原型，能够应对一定的工作场景和环境。
2. 对数字电源控制器的性能进行评估和分析，为其推广和应用提供依据。
基于FPGA的开关电源控制器设计
基于FPGA的开关电源控制器设计开关电源是现代电子设备中常见的一种电源，它使用高频光电控开关实现能量转换，因此具有高效、小体积、轻质量等优点。
而开关电源控制器则是开关电源的重要组成部分，它通过控制开关管的开关动作来稳压、保护输出电压、电流等。
本文将介绍一种基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的开关电源控制器设计方案。
一、开关电源基础知识在介绍FPGA开关电源控制器设计方案之前，我们先来简单了解一下开关电源的基础知识。
开关电源的工作原理是将输入直流电压变换为一定频率的高频脉冲，通过高频变压器将电压变换到合适的电平，再通过整流、滤波等电路获得直流输出电压。
开关电源的输出电压和电流可通过控制开关管的开通和关断时间来调整，从而实现输出电压、电流的稳定。
二、FPGA基础知识FPGA是一种可编程逻辑器件，也称现场可编程门阵列。
它具有高集成度、可重构性、可编程性等特点，可以被重新编程以实现不同的逻辑功能。
FPGA一般由可编程逻辑单元、可编程元件间互联的片上交换网络、输入/输出接口等构成。
三、FPGA开关电源控制器设计方案1.硬件设计本设计方案中，采用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA芯片，该芯片具有低功耗、高性价比等优点。
控制器的输入端应连接直流电源，通过AC/DC转换器实现100~240VAC电网输入并输出12VDC供给FPGA芯片。
输出端连接开关电源的输入端，通过PWM信号控制开关管，实现输出电压的控制。
2.软件设计软件设计部分包括逻辑设计和嵌入式处理器的程序设计。
逻辑设计主要包括PWM信号产生器、电压电流检测模块、保护功能模块等。
PWM信号产生器是实现控制输出电压和电流的重要模块，其通过采样输出电压、电流的反馈信号，通过PID控制算法计算换向时间，最终控制开关管的开通和关断时间。
电压电流检测模块主要用于采集控制器输入端和输出端的电压、电流大小，并将数据反馈给PWM信号产生器进行计算。
一种数字控制的BUCK型DC-DC的研究与设计的开题报告
一种数字控制的BUCK型DC-DC的研究与设计的开题报告一、选题背景及意义随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电子设备的发展越来越趋向于小型化、轻量化、高性能化和高效能化。
在这样的趋势下，DC-DC 电源逐渐受到了广泛的关注和研究。
DC-DC电源不仅可以用于各种计算机设备、通信设备、医疗设备、航空航天设备等领域，而且在新能源领域中，DC-DC电源也有着非常重要的应用。
基于DC-DC电源的应用现状，本文选取BUCK型DC-DC进行研究。
BUCK型DC-DC具有高效率、低电压脉动等特点，因此被广泛应用于各种小型化、轻量化、高性能化和高效能化的电子设备中。
本文将通过对BUCK型DC-DC的研究和设计，实现数字化控制，并通过仿真与实验验证各个参数的准确性和稳定性，从而提高BUCK型DC-DC的可靠性和效率，具有一定的实用性和推广价值。
二、研究内容1. 对BUCK型DC-DC的工作原理、特点进行深入分析，综述当前的研究现状和未来发展趋势；2. 设计数字控制系统，采用ARM芯片作为控制器，并利用MATLAB 软件进行算法设计与仿真；3. 搭建BUCK型DC-DC的仿真模型，在Simulink中进行仿真分析；4. 进行数值计算和实验验证，对模型进行实际测试，并调整参数，得到合理的数据结果；5. 最后进行可靠性测试和效率测试，并对BUCK型DC-DC进行优化和改进。
三、研究方法和技术路线1. 文献资料收集：收集关于BUCK型DC-DC的相关文献和资料，包括BUCK型DC-DC的工作原理、控制策略、数字化控制技术等方面的研究资料；2. 设计数字控制系统：以ARM芯片作为控制器，编写控制算法，实现数字化控制；3. 建立仿真模型：利用MATLAB软件建立BUCK型DC-DC的数字控制系统仿真模型；4. 进行仿真分析：在Simulink中进行仿真分析，并对仿真结果进行分析；5. 实验验证：搭建BUCK型DC-DC的实验装置，进行数值计算和实验验证；6. 优化改进：根据实验结果对BUCK型DC-DC进行优化和改进。
基于FPGA的Buck变换器的研究与设计
对于图 １在开关 ｓ ， 导通期间 ， Ｌ ｉ ｄ ＝Ｖ 一 ＝Ｖ 一 ， 有 ｄ ／ｔ ｉ ｉ 故开关 ｓ 导通 的持续时间为 ｔ＝
△，（ 一 ） 在开关 Ｓ 止 期 间 ， Ｌ ｉ ｄ ＝ Ｖ ＝ ， 开 关 ｓ截 止 的持 续 时 间 为 ｔ Ｌ△， ／ ； 截 有 ｄ ｔ ｏ 故 ／ ：＝ ／
，
故 图 ｌ的开关 频率 为
１
一
１
（ 一 ）
△儿 ’
，
、 ／ ‘
Ｔ —ｔ １＋ｔ 一 ，
其 中 ： 开关周 期 ； 为电流滞 环 宽度 ， △， Ｉ（） Ｔ为 △， 且 ＝ ｖｔ。 由式 （ ） 知 ， 环 电流控制 的 Ｂ ｃ ２可 滞 ｕｋ变换 器 的开关 频率 仅仅 和输入 电压 有 关 ， 与 负载 大 而 小 无关 ， 并且 和常规 Ｂ ｃ ｕｋ变换 器 一 样 ， 导通 比 Ｄ ＝ ｏ Ｔ＝Ｖ／ ， ｔ／ ｎ ｏＶ 。在 Ｃ Ｍ 模 式 下 ，ｕｋ型变 换 器 Ｃ Ｂｃ
感 电流达到 ， ＋ ． △， 口 ０５ 以前 ， ： 由于电感电流满足开关 ｓ 保持的情况 ， ｓ始终保持导通状态 ， 故 Ｄ始 终 截 止 。在 电感 电流 由 Ｊ 一 ． △Ｊ 。 ０ ５ 上升 到 ＋ ． △ｊ 间的过 渡过程 方程 为 Ｏ５ 期
ｄ２ ＋Ｒ ｄ ＋ Ｃ ＝ Ｌ ， ｔ 。 Ｃ ｔ 。 Ｌ 一 Ｃ’ ’ （） ４ ’ ／
的输 出纹波 电压 △ ＝△， （ Ｃ） ， ∥ ８ 将式 （ ） 入可得 纹波 电压 ２代
△ ： 。 （） ３
２２ 负载 突升 时的暂 态分 析 ．
当负载突变， 输出电流由 ， 突然增加到 Ｉ 时， Ｄ 。 ｏ 由于电感两端的电流不会突变 ， ｚ 故输 出电压可能
【完美升级版】基于BUCK电路的电源设计毕业论文
现代电源技术基于BUCK电路的电源设计学院：专业：姓名：班级：学号：指导教师：日期：目录摘要 (2)一、设计意义及目的 (3)二、Buck电路基本原理和设计指标 (3)2.1 Buck电路基本原理 (3)2.2 Buck电路设计指标 (5)三、参数计算及交流小信号等效模型建立 (5)3.1 电路参数计算 (5)3.2 交流小信号等效模型建立 (9)四、控制器设计 (10)五、Matlab电路仿真 (16)5.1 开环系统仿真 (16)5.2 闭环系统仿真 (17)六、设计总结 (20)摘要Buck电路是DC-DC电路中一种重要的基本电路，具有体积小、效率高的优点。
本次设计采用Buck电路作为主电路进行开关电源设计，根据伏秒平衡、安秒平衡、小扰动近似等原理，通过交流小信号模型的建立和控制器的设计，成功地设计了Buck电路开关电源，通过MATLABSimulink 进行仿真达到了预设的参数要求，并有效地缩短了调节时间和纹波。
通过此次设计，对所学课程的有效复习与巩固，并初步掌握了开关电源的设计方法，为以后的学习奠定基础。
关键词：开关电源设计 Buck电路一、设计意义及目的通常所用电力分为直流和交流两种，从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，因此需要进行电力变换。
常用的电力变换分为四大类，即：交流变直流（AC-DC），直流变交流（DC-AC），直流变直流（DC-DC）,交流变交流（AC-AC）。
其中DC-DC电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包过直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路又称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，主要包括六种基本斩波电路：Buck电路，Boost电路，Buck-Boost电路，Cuk电路，Sepic电路，Zeta电路。
其中最基本的一种电路就是Buck电路。
因此，本文选用Buck电路作为主电路进行电源设计，以达到熟悉开关电源基本原理，熟悉伏秒平衡、安秒平衡、小扰动近似等原理，熟练的运用开关电源直流变压器等效模型，熟悉开关电源的交流小信号模型及控制器设计原理的目的。
基于FPGA程控稳压电源设计—论文
基于FPGA的程控稳压电源设计学院名称：专业：班级：姓名：指导教师姓名：指导教师职称：2012年6 月基于FPGA的程控稳压电源设计摘要：直流稳压源是一种常见的电子仪器，其广泛应用于实验教学和科学研究等领域。
本设计提出了一个基于FPGA的程控稳压电源的方案。
通过按键向FPGA输入信号，FPGA 得到“十位”和“各位”计数脉冲信号，通过计数器模块计数，内部计数器的信号一路送给外部显示电路来显示当前的电压值，另一路经过D/A转换器（DAC0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压，同时实现双路输出。
实际测试结果表明，本系统具有易调节，高可靠性，操作方便，电压稳定度高，其输出电压采用了数字显示的特点。
关键词：直流稳压电源；程控电源；FPGA；VHDLThe program-controlled power supply design based on FPGAAbstract:DC source is a kind of common electronic instrument, it is widely applied in the experimental teaching and scientific research. This project is to design a FPGA based programmable power supply. The key to the system through the FPGA input signal, FPGA is" ten" and" you" counting pulse signal, the counter module count, internal counter signal path to an external display circuit to display the current voltage value, via a D/A converter ( DAC0832) output analog quantity, then pass through an operational amplifier isolation amplifier, to control the output power pipe base, with the power transistor base-emitter voltage change and different voltage output, while achieving dual output. The actual test results show that, the system has easy adjustment, high reliability, convenient operation, high voltage stability, the output voltage by the digital display characteristics.Keywords: DC power supply；programmable power supply; FPGA; VHDL目录前言 (1)第1章程控直流稳压电源设计原理 (2)1.1直流稳压电源基本原理 (2)1.2程控电源的基本原理 (4)1.3基于FPGA的电源的基本原理 (6)第2章硬件电路设计 (7)2.1按键电路 (7)2.2显示电路 (7)2.3 DAC0832转换电路 (8)2.4 FPGA电路 (9)2.4.1供电电源部分 (9)2.4.2 I/O电压、内核电压供电连接部分 (9)2.4.3 时钟信号部分 (10)2.4.4 EP2C5T144芯片部分 (10)2.4.5 配置芯片部分 (11)第3章系统软件设计 (12)3.1系统软件整体设计 (12)3.2软件模块设计 (12)3.2.1分频器模块设计 (12)3.2.2键盘输入模块设计 (15)3.2.3 100进制计数器模块设计 (17)3.2.4 数据选择器模块设计 (19)3.3.5位码选择器模块设计 (20)3.2.6驱动共阴极数码管七段译码器模块设计 (21)3.2.6二-十进制译码器模块设计 (22)3.2.7层次化设计 (23)第4章系统运行与调试 (27)4.1系统运行过程 (27)4.2测试结果 (30)结束语 (33)参考文献 (34)致谢 (36)附录1 硬件实物图 (37)附录2 硬件电路图 (38)附录3 元器件清单 (40)附录4 程序代码 (41)前言电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，被广泛的应用于电子产品生产线、实验室、工业控制和信息通讯等领域。
基于FPGA的数字控制BUCK变换器的设计
qiyekejiyufazhan2018年第9期（总第443期）0 引言伴随我国经济的蓬勃发展，开关电源的相关领域也逐渐产业化，我国已经是世界上最大的开关电源生产地[1]。
进入数字化时代后，开关电源也逐步在实现数字化、智能化，以迎合市场的需求。
相较于以往的模拟控制，现代数字控制DC/DC 变换器结构上更加复杂，需要满足的响应速度和信息传递速率等各方面性能指标都有很高的标准[2]。
文章设计了一种利用FP-GA 芯片EP2C5T144C8，实现高精度、数字控制的BUCK 型DC/DC 变换器，并搭建实验环境进行了验证。
1 数字控制DC/DC 变换器的基本结构与传统的模拟开关电源相比，数字控制开关电源主要的区别点在整个系统的控制回路上面，其数字控制电路主要包括以下几个模块，分别是ADC 模块、数字PID 模块和DPWM 波模块。
数字控制的BUCK 型DC-DC 变换器模块图如图1所示。
2 ADC 分辨率和采样芯片选择ADC 在进行模拟量和数字量的转换过程中，必然会出现一定的量化误差，但误差的存在不能对最终的结果造成不可忽视的影响，因此我们需要把误差控制在一定的范围内，这就要求ADC 的分辨率必须满足系统的要求。
模数转换器的位数N 决定了其分辨率的高低，一般来说位数越大则分辨率越高，其输出的精度也会越高，但在实际设计时，需要考虑具体的情况，考虑到成本和实现条件等因素，实际设计时经常依据系统规定的纹波电压来制定ADC 的分辨率：ADC 的分辨率需要小于系统规定的纹波电压△V O ，即V r.ADC /2N ＜△V O （1）公式（1）中的V r.ADC 是系统的电源输入电压范围，因此ADC 的位数N 必须符合下式：N ＞log 2（V r.ADC /△V O）（2）此次设计要求纹波为1%，系统电压的输入范围是10～20 V ，计算后可知，ADC 的位数N 需满足：N ≥7（3）综合考虑了成本、精确度、转换速率等实际情况后，文章选择TLC1549芯片当做系统的模数转换器。
基于FPGA的数字化电源控制器的研究
目录第一章绪论 (1)1.1 电源数字控制技术的发展 (1)1.2 可编程逻辑器件的发展及其特点 (1)第二章 FPGA数字系统设计技术 (2)2.1 数字系统设计理论概述 (2)2.1.1数字系统的基本模型 (2)2.1.2 数字系统的设计方法 (4)第三章 FPGA的设计流程 (6)3.1 FPGA工作原理、设计方法介绍 (6)3.1.1 FPGA基本原理 (6)第四章硬件描述语言VHDL (11)第五章电路模块设计 (12)5.1控制器供电 (12)5.1.2时钟模块 (13)5.1.3通信接口电路 (14)5.1.4配置电路 (14)第六章实验验证 (16)6.1软件的开发环境 (16)6.2控制器整体功能验证 (17)6.4系统闭环实验波形 (17)总结 (20)参考文献 (21)致谢 (23)第一章绪论1.1 电源数字控制技术的发展当今电力电子技术已经取得了飞速的发展，电力电子电路的控制旨在实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展，从而使其应用范围也从传统的工业、交通、电力等部门扩大到信息、通信、家用电器等各个领域，产生了显著的经济效益。
现场可编程门阵列器件(Field Programmable Gate Arrays)是近年来崭露头角的一类新型集成电路，它具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势，又具有全集成化、适用性强，便于开发和维护(升级)等显著优点。
这些特点顺应了电力电子电路的日趋高频化和复杂化发展的需要，在越来越多的领域中FPAG得到了日益广泛的发展和应用。
PWM技术在电力、电子、工业控制以及机械设备制造等很多行业的得到了重视，其实现方法也不断地被改进和发展，目前PWM技术已经成为控制技术领域的一个热点，具有广阔的应用前景和很大的市场价值。
而在这些应用领域和产品设计当中，一个共同的也是比较关键的问题就是一一如何产生所需的高质量高稳定度的各种各样的PWM信号，因此，研究PWM发生器的设计方法无论从基础理论的发展，还是产品性能的提高等实际应用都有着非常重要的意义 [2]。
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计算机论文：基于FPGA的Buck型开关电源数字控制方法计算机研究
本文是一篇计算机论文，本文主要以FPGA 芯片作为数字控制器作用于Buck 型开关电源，总结如下：（1）功率级Buck 变换器多工作模式、多变量、非线性的工作特点使其建模过程复杂，文章使用小信号模型完成建模。
系统的整体设计还需考虑到ADC 与PWM 模块精度的配合。
（2）基于FPGA 的设计需要对硬件编程语言进行学习，包括Verilog 语言的基本语法、编程架构以及程序中逻辑与时序的设计与验证。
对DPID 算法编写时，为防止数据溢出现象增加限幅功能。
编辑单独的特定模块相对容易，但实现整体系统的顶层模块设计具有一定难度。
由于本文没有硬件实物支撑，使用代码逻辑实现模数转换功能。
（3）本系统使用软件较多，从软件的安装、编程、调试等都极其复杂。
ModelSim 作为常见的HDL 仿真工具，仿真功能强大，能与Debussy、MATLAB 等软件实现联合仿真。
本本在熟悉Quartus、ModelSim 开发平台的基础上，使用HDL Verifier 实现ModelSim 与MATLAB/Simulink联合仿真。
多软件的联合仿真能在同一软件下实现算法与验证，实验效率高且实验结果精准，在该研究领域具有广阔的发展前景。
第一章绪论
1.1 开关电源概述
日常生活生产中离不开电源。
我们所说的电源分发出电能、变换电能两大类。
前者由发电厂发出后送给公用电网，公用电力网给千家万户提供220V 交流电。
然而，大部分的电子产品使用的是直流电，这就需要变换电能。
作为变换电能的电源，从最初的线性稳压电源到相控电源，再到如今广泛应用在各个领域的开关电源，其发展经历了三个阶段。
电源的发展主要来源于电力电子器件的更新换代[1]。
线性稳压电源结构图如图1-1 所示。
其特点是电路中使用调整功率管V，并让其工作在线性放大区，同时保持一定的管压降。
线性稳压电源的工作原理是将输出电压与参考电压进行比较，所得的误差电压值对调整管V 的基极电流做负反馈调节。
线性稳压电源虽满足供电质量且结构简单，但输入电路由工频变压器组成，导致其体积庞大，在线性放大区工作必然损耗大、效率低，与高效节能的发展要求相违背，逐渐被淘汰。
.........................
1.2 本课题的意义
随着科技的进步，人类从十八世纪末期的蒸汽时代，过渡到十九世纪末的电气时代，二十世纪中期开始进入计算机时代。
如今各行各业都不离开计算机。
计算机科学作为一门重要学科，涉及算法理论、信息处理、人工智能、人机交互、网络与通信等[4,5]。
计算机技术的应用和影响几乎无处不在，比如家用电器、机械工程、电子工程、金融、医药等行业都离不开计算机技术的支撑。
本课题研究的主题是开关电源的数字化实现，主要涉及电力电子技术、计算机技术和控制理论等学科知识，属于电子科学与技术学科、计算机学科和电气工程学科的交叉学科。
课题中用到的模数转换（ADC）技术、基于现场可编程门阵列（FPGA）的电子设计自动化（EDA）技术等，都属于信息电子技术范畴；主电路拓扑中用到的电力电子器件、开关电源变换和控制电能的相关技术等，都属于电力电子技术范
畴；基于Verilog 的硬件描述语言（HDL）代码的编写及Quartus、ModelSim、MATLAB 等软件的使用等则离不开计算机学科的相关知识，PID 及DPID 控制算法的设计则属于控制理论与控制工程学科的范畴。
工业、计算机系统、电力系统等领域都涉及到电力电子技术。
比如，一般工业需要大容量的整流电源；电力系统在提高供电质量时，常对电力电子器件进行无功补偿、谐波补偿等；高铁、动车等都需要电力变换和驱动控制。
小到家用电器，大到航空、航海都离不开电力电子技术。
控制工程在工程科学技术中作用突出。
它是基于电气、机械工程发展起来的，可以处理自动控制系统中各种工程，广泛应用于化工、冶金、武器系统，甚至在企业管理、生物控制、社会经济的计划领域也有它的身影。
电子计算机是实现控制工程的核心，如今控制系统向着复杂度高的方向发展，传统控制方式渐渐淡出人们的视野，智能控制逐渐成为研究和应用的主流。
..........................
第二章Buck 变换器建模及参数设计
2.1 数字电源系统设计指标
变换电能的电源有含变压器的，这类属于隔离型变换器。
最常见的隔离型变换器可分正激、反激式以及半桥、全桥变换器等。
另一类属于不含变压器的DC-DC 变换器，主电路拓扑结构包括Buck，Boost，Buck-Boost 等[13]。
本文主要以非隔离型Buck 变换器为功率级主电路拓扑，采用电压单环控制方式，控制级包括10 位逐次逼近式ADC 和数字控制器，数字控制器由位置式DPID 与16 位计数式DPWM 组成。
图2-1 给出了Buck 型数字开关电源的系统架构。
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2.2 Buck 变换器的工作模式
Buck 变换器是目前应用最为广泛的一种DC-DC 变换器。
Buck 变换器又称为降压变换器，是利用储能器件在一个时钟周期内的导通和关短时间来实现降压的。
主电路拓扑如图2-2 所示，主要包括续流二极管VD，功率开关管V 和储能元件电感L、电容C 等[14]。
V 通常使用全控型功率半导体开关器件，VD 的作用是在V 截止后给负载R 提供续流回路。
L、C 的作用是得到平滑的输出电流和输出电压，所以又称为滤波元件。
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第三章Buck 型数字开关电源关键模块的设计 (17)
3.1 数字控制器控制方式的选取 (17)
3.1.1 模拟控制与数字控制 (17)
3.1.2 电压型控制与电流型控制 (18)
第四章基于DPID 的Buck 型开关电源的Simulink 实现 (31)
4.1 Buck 变换器主拓扑的Simulink 仿真模型 (31)
4.2 ADC 的Simulink 仿真模型 (32)
4.3 数字控制器参数整定及Simulink 仿真模型 (33)
第五章数字开关电源的多软件联合仿真与分析 (39)
5.1 实验系统的开发流程与软件设计 (39)
5.1.1 FPGA 的设计流程 (39)
5.1.2 软件编程架构 (40)
第六章基于FPGA 的Buck 型开关电源的设计与实现
6.1 关键模块的设计与调试
本系统的控制部分基于FPGA 实现，主要对控制部分的模块进行设计与调试，关键模块包括逐次逼近式ADC、位置式DPID 和计数式DPWM[46,47]。
6.1.1 ADC 控制模块
ADC 模块中由Clk 时钟信号，Rst_n 低电平有效的复位信号，使能信号En_conv，分频计数器DIV_PARAM，及输入模拟量ADC_DOUT[48]组成。
当Rst_n 高电平时，En_Conv 触发，模数转换器开始采样工作。
ADC_SCLK 是ADC 内部时钟信号，Conv_Done 是转换完成信号，ADC_State表示ADC 的工作状态，高电平表示转换完成，低电平为正在转换。
ADC_CS_N 为片选信号，Data是ADC 转换结果，图6-1 是ADC 的模块化示意图。
为了验证ADC 代码的准
确性，编写该模块的测试脚本，Testbench 测试结果如图6-2 所示。
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第七章总结与展望
7.1 总结
如今，人们的生活中离不开手机、平板电脑等电子产品，这些高科技产品带给我们方便的同时也对电源有了更高的要求。
DC-DC 变换器作为最常见的开关电源，具有突出的研究价值。
数字控制器凭借模拟控制器不具备的众多优点，成为发展主流。
本文主要以FPGA 芯片作为数字控制器作用于Buck 型开关电源，总结如下：
（1）功率级Buck 变换器多工作模式、多变量、非线性的工作特点使其建模过程复杂，文章使用小信号模型完成建模。
系统的整体设计还需考虑到ADC 与PWM 模块精度的配合。
（2）基于FPGA 的设计需要对硬件编程语言进行学习，包括Verilog 语言的基本语法、编程架构以及程序中逻辑与时序的设计与验证。
对DPID 算法编写时，为防止数据溢出现象增加限幅功能。
编辑单独的特定模块相对容易，但实现整体系统的顶层模块设计具有一定难度。
由于本文没有硬件实物支撑，使用代码逻辑实现模数转换功能。
（3）本系统使用软件较多，从软件的安装、编程、调试等都极其复杂。
ModelSim 作为常见的HDL 仿真工具，仿真功能强大，能与Debussy、MATLAB 等软件实现联合仿真。
本本在熟悉Quartus、ModelSim 开发平台的基础上，使用HDL Verifier 实现ModelSim 与MATLAB/Simulink联合仿真。
多软件的联合仿真能在同一软件下实现算法与验证，实验效率高且实验结果精准，在该研究领域具有广阔的发展前景。
参考文献（略）。