[发明专利]基于FPGA控制的磁性薄膜材料合成的电源系统

权利要求书

1.基于FPGA控制的磁性薄膜材料合成的电源系统，其特征在于：包括以下部分：上位机、FPGA控制模块、功率模块，和监测反馈模块，

其中：

所述的上位机用于设定预设值及显示数据；

所述的监测反馈模块用于采集功率模块的输出电压、输出电流值、以及温度值，并反馈至FPGA控制模块；

所述的FPGA控制模块用于接收上位机设定的预设值及接收监测反馈模块的反馈信号，经计算后将控制信号输出至功率模块；所述的控制信号由广义预测PID控制算法计算得到；

所述的功率模块采用带有同步整流功能的buck结构，包括主开关管Q1、同步整流开关管Q2、扼流圈L1、输出滤波电容C_OUT、开关管驱动电路、光耦隔离电路，其中光耦隔离电路接收来自FPGA控制模块的开关信号，开关信号经光耦隔离处理后传输至开关管驱动电路，然后分别输出至Q1、Q2的栅极，主开关管为浮地驱动方式，采用自举驱动方式；

所述的监测反馈模块包括电压检测反馈、电流检测反馈、以及温度监测与反馈三部分，所述的电压检测反馈具体指利用分压电阻对功率模块的输出电压信号U_OUT进行采集，经高频滤波之后进行阻抗匹配，再经AD转换后将调制后的信号反馈至FPGA控制模块；所述的电流检测反馈具体指通过电流互感器对功率模块的输出电流进行采集，经过高频滤波与阻抗匹配后，再经AD转换后将调制后的信号反馈至FPGA控制模块；所述的温度监测与反馈用于监测系统异常升温，进行系统复位，具体指通过温度传感器采集主开关管Q1、同步整流开关管Q2、扼流圈L1的温度，然后反馈至FPGA控制模块；

所述的上位机设定的预设值包括：功率模块的输出电压值和电流值、功率模块的输出最大电压和电流值、扼流圈L1达到傅秒平衡对应的功率MOS开关管Q1、Q2与L1的温度上限值，以及功率模块输出电压、电流的变化步长，显示实际工作时候的功率模块的输出电压与电流、开关器件与扼流圈的温度值，还设置循环泵控制的电解液流速、基准电压值，系统强制复位；

通过广义预测PID控制算法计算得到脉冲宽度，进而进行PWM控制，实现不同工作模式的调节；

在算法中，设置三个值，作为调节系统工作模式的基准值，即输出使能阈值、上限阈值、箝位阈值；当反馈电压与基准值经过算法处理之后，根据算法运算的输出值的大小，产生不同类型的脉冲宽度，即进行PWM调制；

具体划分阶段如下：

当系统输出电压在输出使能阈值以下时，为误触发模式，此时输出的脉冲宽度为0，系统不工作；

当系统输出电压在使能阈值与上限阈值之间时候，软启动模式，此时输出脉冲逐渐增大至稳定值；

当系统输出电压达到上限阈值±0.5V的时候，输出脉冲使得输出电感达到伏秒平衡状态，此时，系统进入稳定工作状态；

当系统输出电压在上限阈值+0.5V以上，箝位阈值以下，为峰值电流控制模式：为了防止开关管噪声造成的误触发，需要检测两个个连续的脉冲的下降沿；当检测到之后，此时进入峰值电流限制模式，此时的脉冲宽减小，达到降低电压、电流值的目的；

当系统输出电压大于箝位阈值的时候，为间歇模式：此时输出脉冲宽度等于0；系统不工作；

直到输出电流小于额定电流值并且运放输出电压小于使能阈值，下一个工作周期开始。