随着电力电子技能的生长，不在线开关电源在人们的一样平常生存中得到了日益遍及的应用。在开关电源范畴。各大半导体厂商对开关电源控制芯片的竞争也日趋剧烈。因此，收缩控制芯片的开辟周期及新产品的上市时间，是进步其竞争力的关键因素。

　　

       在开关电源控制芯片的计划进程中，软件仿真是体系方案论证的一个紧张本领。而控制芯片的硬件模仿，因其可以或许降服软件仿真的一些缺点，日益受到人们存眷。为此，笔者计划并开辟了一套基于FPGA的通用开关电源控制器硬件模仿平台。控制器的逻辑电路通过FPGA编程实现；控制器的模仿电路通过比较器、放大器等实现。通过此平台对开关电源控制芯片举行硬件模仿，直接从硬件对控制器计划的技能方案举行论证确认，进步了控制器计划的可靠性，从而大大收缩其计划周期。

　　

       1 通用硬件模仿开辟平台的构成

　　

       此通用IC控制器硬件模仿开辟平台重要由两部分构成：数字电路部分(包括一块FPGA开辟板)和模仿电路部分(包括一块模仿电路板、一块参考电源板和一块驱动电路板)。此平台的布局框图如图l所示。

　　1．1 数字电路部分

　　

       数字电路部分由Memec公司的Spartan-3 LC开辟板构成。此开辟板基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPcA XC3S400，重要包括有：1个50MHz的时钟晶振、1个RS-232接口、1个USB 2.0接口、4个LED、8个滑动开关、2个按钮式开关、1个七段表现器以及2个可扩展至109个用户I／O的接口。

　　

       Spartan-3系列FPGA XC3S400采甩90nm工艺技能，包括有40万个体系门(System gates)、8064个等效逻辑单位(Equivalent logic cells)、16个18×18专用乘法器、4个片上时钟办理模块(DCM)以及多达141个用户I／O引脚。

　　

       此开辟板提供了强大的可编程数字逻辑成果。通过对FPGA的编程，可以实现种种所需的数字逻辑战略．从而可以很好地对PWM控制器的数字逻辑部分举行硬件模仿。

　　

       1.2 模仿电路部分

　　

       模仿电路部分重要包括以下成果模块：5V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、数字软启动单位模块、模仿软启动单位模块、A/D模块、驱动电路模块等。

　　

       通过对这些通用模块及其他成果模块的组合，可以实现对PWM控制器种种模仿电路单位的硬件仿真。

　　

       限于文章篇幅，各个成果模块的详细构成将不在此先容。

　　

       2 开关电源控制器硬件模仿的实现

　　

       通过对FPGA的逻辑成果编程以及模仿电路成果模块的组合，可以实现开关电源PWM控制器各个成果模块的硬件模仿，如振荡器模块、软启动模块、PWM天生模块以及掩护电路模块等。

　　

       2．1 振荡器模块的实现

　　

       振荡器模块用来孕育产生肯定频率的触发脉冲，此模块可以直接由FPGA得到。其原理图如图2所示。

　　由外部晶振孕育产生的50MHz时钟信号颠末一次分频模块CLKDLL得到20MHz的时钟信号，然后再颠末一个可以自由设置参数的二次分频器，得到所必要的时钟频率信号。此中，一次分频模块CLKDLL为XJlinx公司的标准库函数；二次分频模块利用VHDL语言编写逻辑步伐予以实现。

　　

       2．2 软启动模块的实现

　　

       为克制开关电源打开时在输入端孕育产生过大的打击电流，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要领，利用通用硬件模仿平台可以模仿出相应的软启动电路。

　　

       2．2．1 模仿式软启动电路

　　

       此模式的软启动电路如图3所示，由上拉电阻RSoft-Start和外加电容Css实现。当模仿平台打开时，5V基准源通过上拉电阻RSoft-Start向Css充电，软启动时间由时间常数决定，TSoft-Start=2T=2RSoft-Start；当模仿平台封闭时，由FPGA孕育产生Reset信号，开通Qss，使Css放电，以包管下次重新启动模仿平台时，Css的电压从零开始上升。启动进程的波形如图4所示。

　　2．2．2 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。其计划头脑是通过控制三个开关管的开通次序，得到一逐次上升的蹊径形电压VSofts，从而到达软启动的目标。软启动的时间可以通过切换时问△t确定，即TSoft-Start=7△t。启动进程的波形如图5所示。

　　2．3 PWM天生模块的实现

　　

       此硬件模仿平台可以实现电压型及电流型脉宽调制方法。电流型PWM产生器的实现电路如图6所示，其开通讯号由时钟脉冲触发；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CS端得到)放大后，与输出电压反馈信号(Reg)比较，当二者电压信号相称时，PWM比较器翻转，关断PWM输出脉冲信号。输出脉冲的最大 占空比由CLK信号的占空比决定。
 

       2．4 掩护电路模块的实现

　　

       为进步体系的可靠性，控制电路必要种种掩护成果，如输入过压掩护、输入欠压掩护、开环状态掩护、过载掩护以及峰值电流限幅掩护等。掩护成果模块可以由比较电路实现。将监测信号(如电源电压Vcc、输出电压反馈信号VFB及电流反馈信号isense等)分别与给定的参考电压举行比较，当被监测信号高出参考电压值时，错误比较器(Error CMP)将立即翻转，并通不对误锁存器（ErrorLatch)锁定PWM输出信号，从而到达掩护成果。

　　

       3 实行验证及结果阐发

　　

       为了验证此要领的可行性，笔者以Infineon公司的TDAl6888开关电源Demo板为底子，利用通用硬件模仿平台模仿控制芯片TDAl6888 PWM控制级的成果，并对其部分控制战略举行相应的改造。TDAl6888 PWM控制级的硬件模仿电路如图6所示。功率电路板为200瓦多路输出双晶体管正激更改器，其布局简图如图7所示。

　　

　　

　　图8和图9为实行波形图。此中，图8为软启动状态的波形图，通道1为CoolMOS门驱动信号。通道2为软启动电压VSoftStart，通道3 为反馈电压Vrge，通道4为放大后的电流反馈信号Vrmp。以后波形可以看出，软启动进程约莫为90ms。

　　

　　图9为正常事景况态的波形图，通道l至通道4的信号与图9雷同。以后波形可以看出，门驱动信号的降落沿由反馈电压Vreg和放大后的电流反馈信号Vrmp决定；其上升沿由牢固频率的时钟脉冲电决定。

　　实行证明，此硬件模仿开辟平台可以很好地模仿电流型PWM控制器。

　　针对开关电源控制器开辟进程中软件仿真的不敷，本文提出并计划了一套基于FPGA的通用IC控制器硬件模仿开辟平台。此平台充分利用FPGA的通用性和机动性，在IC开辟进程中对其举行硬件模仿，直接从硬件对技能方案举行论证，大大进步了IC控制器的开辟周期。实行结果表明，此方案确实可行，并具有遍及的实用代价。