《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。
2024-07-30 05:02:06
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FPGA
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