基于CPLD的电源控制板的设计与开发

论文摘要

高端电源的主控板经历了从模拟控制到数字控制的发展。最开始使用模拟器件的参数受外界影响较大,而且难以灵活的设计和控制。与模拟控制相比较,数字控制具有可靠性高,参数调整方便,更改控制策略灵活,控制精度高,对环境因素不敏感等优点。现在较通用的大多都是采用单片机来做控制,但单片机的处理能力有限,由于需要处理的数据量大,实时性和精度要求高,单片机往往不再能满足要求。论文实现基于Altera公司的MAXⅡ系列的EPM2210控制芯片的电源控制板的设计。该电源控制板可以实现对电流电压信号高速采样,并根据用户设定的参数控制PWM信号输出,利用旋转编码器控制VFD真空荧光屏显示测量量的有效值和更改电源控制板工作状态和参数,还可以通过开关量以及DA输出跟外部设备通信互联。为了方便调试和通讯,设有各种通讯接口,包括JTAG、UART、和主从同步端口等。平台的硬件采用6层PCB设计,节省了成本,能稳定运行在50MHz,达到了预期的性能要求。论文完成如下几个方面的工作。首先,根据各个功能模块的应用和性能要求,选择相应的功能芯片和外围电路,绘制原理图、PCB,完成系统的硬件平台;其次,完成对各个硬件模块的仿真,主要是完成在Quartus II环境下进行各个硬件接口以及采样数据处理的Verilog HDL语言编写。最后,对硬件平台进行测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 功率半导体器件的发展
• 1.1.2 电源控制器的发展
• 1.2 课题研究的内容与意义
• 第2章 系统控制原理
• 2.1 系统控制基本结构
• 2.1.1 控制原理
• 2.1.2 闭环反馈控制
• 2.2 算法设计
• 2.2.1 有效值计算
• 2.2.2 功率计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统硬件平台设计
• 3.1 硬件电路结构
• 3.2 CPLD 控制器
• 3.2.1 CPLD 内部结构
• 3.2.2 CPLD 硬件电路及选型
• 3.3 AD 采样电路
• 3.3.1 ADS805 电路
• 3.3.2 TLV1570 电路
• 3.3.3 ADC 输入隔离电路
• 3.4 DA 输出电路
• 3.5 开关量隔离
• 3.6 电源系统电路
• 3.6.1 电源
• 3.6.2 接地设计
• 3.7 VFD 显示模块
• 3.8 其他电路
• 3.8.1 旋转编码器
• 3.8.2 滤波电路
• 3.8.3 系统时钟电路
• 3.9 本章小结
• 第4章 系统硬件调试
• 4.1 系统调试流程图
• 4.2 ADS805 控制模块
• 4.3 TLV1570 控制模块
• 4.4 TLV5610 控制模块
• 4.5 VFD 控制模块
• 4.6 旋转编码器控制模块
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢