【摘 要】
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随着复杂系统对其供电电源功能的要求越来越高,很多场合传统的模拟电源已经无法满足需求,数字电源以其在可靠性、灵活性、远程控制、实时监视、故障处理等方面的独特优势,得
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随着复杂系统对其供电电源功能的要求越来越高,很多场合传统的模拟电源已经无法满足需求,数字电源以其在可靠性、灵活性、远程控制、实时监视、故障处理等方面的独特优势,得到了广泛应用。尤其在DC/DC领域,数字电源刚刚起步,具有重要的研究价值和经济效益。片上系统(SOC)技术可将A/D转换器、模拟开关等器件集成到单一的控制芯片内,从而简化数字电源的结构,提高数字电源的性能,降低数字电源的开发和调试难度。针对同步BUCK功率拓扑结构,通过理论分析和实验得到了功率拓扑的电路参数。利用状态空间平均法建立了功率拓扑的数学模型。基于频率响应对双零点/双极点型数字DC/DC控制器进行了理论研究。利用MATLAB的SISO工具箱,设计了控制器的参数,同时通过对动态性能以及稳态性能的仿真,验证了参数设计的正确性。基于Actel公司的Fusion系列混合信号FPGA,构建了基于片上系统的数字电源,利用Verilog硬件描述语言,完成了控制系统各模块如A/D采样控制,双零点/双极点控制,数字脉宽调制(DPWM)模块等的设计。为解决输出电压开关纹波大的问题,本文对“零纹波”拓扑结构进行了研究。该拓扑结构利用耦合电感滤波网络取代传统的LC电路,以得到高频段更大的衰减率,从而有效抑制输出纹波。对“零纹波”拓扑的参数设计和频率特性,本文进行了深入的理论分析和实验研究。通过实验调试,实现了输出电压5V,输出纹波为25mV的低纹波数字DC/DC电源,测试结果表明,数字电源的稳态性能、动态性能、效率等指标完全满足设计要求。与传统BUCK电路相比,“零纹波”拓扑结构中的开关纹波得到了有效的抑制,其幅值降低了40%左右,同时基本不影响电源的动态响应和效率。
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