基于FPGA的抗干扰晶闸管数字触发器设计

论文摘要

随着电力电子变流技术的不断发展，电气设备对高质量的电源的需求不断增多，应用模拟电路控制电源的研究和应用已经发展多年，但是它仍然存在许多不足。集成电路和数字控制技术的完美集合与迅猛发展，带动电力电子控制领域向更高频率、更低损耗的方向发展。现场可编程逻辑门阵列（FPGA）是近年来出现的高集成电路，具有经济、高速度、低功耗、便于开发和升级等显著优点。并以其速度更快、集成度更高、通用性更强等优势，从单片机和DSP等集成电路中脱颖而出，成为目前电力电子控制领域中研究与应用的热点。在托卡马克电源系统中使用的可控直流电源大部分是晶闸管相控整流电源，而晶闸管的触发形成单元是晶闸管相控整流系统的重要部分。FPGA控制器实现晶闸管触发器的数字化，与传统的晶闸管触发控制器相比有脉冲对称度好、抗干扰能力强精度高、稳定性好等许多优点。本文首先系统的分析了晶闸管在整流电路中的作用和触发器的各种性能要求，并对常见的触发器优点和缺点进行了分析和对比，确定了基于FPGA移相触发器设计方案。这种方案在FPGA逻辑芯片内部资源允许的前提下，在外围电路很少的情况下就能实现高性能的控制，简化了设计，提高了整流系统的稳定性。本文采用FPGAEP2C8Q器件对移相触发器的大部分功能进行了研究，形成了移相触发器的核心控制电路，主要实现锁相、分频、脉冲发生和相位控制等功能。同时完成了移相触发器的外围电路，包括相位基准电路、缓冲放大器和软启动/停止电路、失相保护检查电路、FPGA控制核心、门脉冲放大器和脉冲变压器。在上述工作的基础上，初步实现了移相触发器的基本功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 六脉波触发与晶闸管触发技术现状
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 FPGA 设计基础和 EDA 软件介绍
• 2.1 FPGA 的介绍
• 2.2 FPGA 技术简介
• 3 移相触发器的总体设计
• 3.1 基于 FPGA 移相触发器设计的总体框图
• 3.2 相位基准信号电路设计
• 3.3 输入控制电路设计
• 3.4 缺相保护电路设计
• 3.5 功率放大电路设计
• 4 基于 FPGA 的相移触发器的设计与测试
• 4.1 相移触发器原理以及硬件平台概述
• 4.2 锁相环工作原理与实现
• 4.3 分频器工作原理与实现
• 4.4 脉冲发生器工作原理与实现
• 4.5 相位控制器工作原理与实现
• 4.6 测试结果
• 5 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 锁相环与脉冲触发的 Verilog 程序