基于CPLD控制的DC-DC变换电路设计开题报告

 2022-12-08 10:04:12

1. 研究目的与意义

DC-DC变换器是将不可调的直流电压转变为可调或固定直流电压,是一个用开关调节方式控制电能的变换电路,这种技术被广泛应用于各种开关电源、直流调速、燃料电池、太阳能供电和分布式电源系统中。上个世纪,随着功率开关器件的发展,变换器拓扑和变换技术已经取得了很大的成就,并且已经发展到一个相当高的水平。

在DC-DC变换器演化过程中,离不开各种直流变换技术,各种新技术的产生和发展很大程度上影响了变换器拓扑的演化。高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及低成本小体积是DC-DC变换器的发展方向,各种变换技术也都围绕着提高变换器性能而相继被提出。

高频化是开关变换技术的重要发展方向之一。大功率场效应管(MOS管)和功率绝缘栅晶体管(IGBT管)的应用,使高频开关电源工作频率越来越高,高频变压器和滤波器体积越小,变换器体积越小,从而提高开关器件的功率密度。但由于器件开关损耗与开关频率成正比,频率越高,开关损耗越大,电路效率也越低,此外,开关频率越高,电路中的di/dt和dv/dt越高,电路所产生的电磁干扰(EMI)也越强,影响控制和驱动的稳定性,因此必须设法减小开关损耗,软开关技术因此孕育而生。 最早的软开关技术是在电路中增加有源或无源的缓冲电路,其后出现了谐振软开关变换器,包括传统的串联谐振(SRC)和并联谐振(PRC),以及准谐振变换器(QRC)和多谐振变换器(MRC)。准谐振变换器出现在上世纪80年代中期,包括零电流开关准谐振(ZCS QRC)和零电压开关准谐振(ZVS QRC)。这两种电路虽然使主开关管在零电压或零电流下导通和关断,但需要采用频率调制技术,给实际应用造成较大不便,并且开关管的电流或电压应力较大。

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2. 研究内容与预期目标

研究内容:

课题主要针对太阳能等绿色能源的应用要求,设计一个高效DC/DC转换电路及其控制电路,实现对其它应用系统直接供电的需求。该DC/DC电路能够依据应用要求,具有可控电压输出和电流输出两种模式,通过开控制电路的开关输入设定,输出模式;输出的电流/电压大小通过少量的按键进行设置并显示,该DC/DC还要具有实时显示输出电流/电压参数的功能。

预期目标:

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3. 研究方法与步骤

研究方法:

按照设计要求,采用PWM控制技术,以数字PID为控制算法,以CPLD为核心控制器,配以外围电路,组成一个完整的控制系统。主体分为以下几个部分:电路硬件设计,算法模型建立,程序编写。然后完成数据采集,数据分析处理,输出量的控制。

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4. 参考文献

[1] 吕项羽,刘畅,王勇等。分布式风光储系统双向DC-DC 变换器研究.电测与仪表.Vol.54 (12).2017 年6 月25 日。

[2]曹跃进,唐海洋,李文鹏. 便携设备单片集成Boost型DC/DC转换器的分析与应用. 电子设计工程.Vol.25 No.23. 2017年12月。

[3]陈文韬. 一种基于PWM/PSM模式的升压型DCDC变换器研究与设计[D].广州:暨南大学,2015.

[4]陈炳满.高效率升压型DC-DC转换器设计[D].西安:西安电子科技大学,2014.

[5]王文星.微电网蓄电池储能控制技术研究[J].科学技术与工程,2014,14( 15) : 120-128.

[6] 邱培春,葛宝明,毕大强.基于蓄电池储能的光伏并网发电功率平抑控制研究[J]. 电力系统保护与控制,2011,39( 3) : 29-33.

[7]王冕,田野,李铁民,等,应用于储能系统的双向DC-DC 变换器研究. 电工技术学报,2013,28( 8) : 66-71.

[8] R. L. STEIGERWALD, Power electronic converter technology, PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 89, NO. 6, 2001,pp.890-897.

[9] 王聪, 软开关功率变换器及其应用,科学出版社,北京,2000.

5. 工作计划

1、2022-3-8~2022-3-25查找、整理资料,撰写开题报告。

2、2022-3-26~2022-4-8学习Verilog HDL语言、CPLD的软硬件的开发境 QuartusⅡ等。

3、2022-4-9~2022-4-22 设计并论证整体硬件电路。

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