基于FPGA的AC-AC谐振变换器实现

《基于FPGA的AC-AC谐振变换器实现》 文章探讨了一种创新的非接触电能传输系统中的核心技术——AC-AC谐振变换器，它能够实现从低频到高频的直接转换。这种变换器的恒幅控制策略是其核心，通过分析其运行模式，设计了一个基于Field Programmable Gate Array（FPGA）的控制系统，进而通过实验验证了这一方案的可行性。 非接触电能传输系统主要依赖高频交变磁场来传递能量，而FPGA因其可编程性和高效率，成为实现AC-AC谐振变换器控制的理想选择。在能量注入式AC-AC谐振变换器的拓扑结构中，四个MOSFET开关管与反并联二极管及RLC串联谐振网络共同作用，形成能量注入和回馈的双向流动。在不同的输入电压极性下，电路会经历能量注入、自由谐振和能量回馈三种工作模态，以实现电能的高效传输。 为了确保系统在零电流开关（Zero Current Switching，ZCS）模式下运行，并维持输出谐振电流的恒定幅值，文章设计了一个基于FPGA的双闭环控制系统。内环检测谐振电流的过零点，实现ZCS软开关，外环则通过误差比较器调整输出电流，以保持其在设定范围内。这种控制策略确保了系统在不同工作模态下的稳定运行。 具体到硬件实现，文章采用了Altera公司的EP2C5T144C8 FPGA芯片，设计了控制电路板，其中包括三路输入信号处理：50 Hz交流电源过零信号、谐振电流过零信号和误差信号。高速比较器LM319用于检测电流峰值，高速光耦隔离器件6N137则提高了隔离驱动电路的抗干扰能力和响应速度。FPGA根据设定的开关控制逻辑，实时调整MOSFET的状态，从而控制谐振电流峰值。 控制算法流程设计是系统的另一关键部分。通过对谐振电流峰值、电流方向和50 Hz低频信号方向的连续检测，系统能够在不同工作模态间切换，以保持输出电流的恒幅特性。实验结果表明，无论在空载还是10 W负载条件下，基于FPGA的谐振变换器都能有效维持谐振电流峰值的稳定性。 本文深入研究了基于FPGA的AC-AC谐振变换器的实现，通过精确的控制策略和硬件设计，实现了非接触电能传输系统中高效稳定的电流传输。这种方法对于优化能源转换效率，提升非接触电能传输系统的性能具有重要意义。