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基于国产FPGA加速器的电源数字控制器设计与实现研究

摘要：电源数字控制器的设计包括多个关键模块：首先，比例-积分-微分（Proportion-Integration-Diffe，PID）控制算法通过比例、积分和微分机制实现精确的输出调节。系统利用国产现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）芯片的高并行处理能力和丰富的I/O接口，保证了控制算法的高效执行和信号的稳定传输。这一设计实现了提升电源管理的智能化和自动化水平，还为未来相关研究和应用提供了重要的参考与基础。

关键词：现场可编程门阵列电源数字控制器比例-积分-微分参数滤波电路

ResearchonDesignandImplementationofPowerDigitalControllerBasedonDomesticFPGAAccelerator

PUHaojieLIQianRENShaokang

SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu，SichuanProvince，610500China

Abstract：Thedesignofpowercontrollerincludesseveralkeymodules：First，Proportion-Integration-Diffe（PID）controlalgorithmrealizesaccurateoutputadjustmentthroughproportional，integralanddifferentialmechanisms.ThesystemusesthehighparallelprocessingabilityofdomesticFieldProgrammableGateArray（FPGA）chipsandrichI/Ointerfacestoensuretheefficientexecutionofcontrolalgorithmsandthestabletransmissionofsignals.Thisdesignenhancestheintelligenceandautomationlevelofpowermanagement，andalsoprovidesanimportantreferenceandfoundationforfuturerelatedresearchandnbsp;application.

KeyWords：FPGA;Powerdigitalcontroller;PID;Filtercircuit

随着电子技术的快速发展，特别是在智能设备、通信系统、工业自动化等领域，对电源管理的要求日益提高。传统的电源控制方法往往无法满足高效率、高精度和实时性的需求，因此引入先进的控制技术显得尤为重要。在此背景下，基于国产现场可编程门阵列加速器的电源数字控制器应运而生。

1电源数字控制器的原理

电源数字控制器的原理主要基于数字信号处理技术，通过数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，DSP）、微处理器（MicrocontrollerUnit，MCU）等核心部件对电源输出进行精确控制和监测。其工作原理可以概括为以下几个步骤：传感器将设备的状态转换为电信号，输入数字控制器中。这些信号通常包括电压、电流等参数，通过模数转换器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）将模拟信号转换为数字信号。数字控制器可以根据输入的数字信号和预设的控制算法，计算出相应的输出信号。数字控制器的核心部分包括数字比例-积分-微分（Proportion-Integration-Differentiation，PID）调节器、数字脉宽调制器（DigitalPulse-WidthModulation，DPWM）和各种类型的模数转换器。数字PID调节器用于调节电流和电压控制回路，确保电源输出的稳定性和准确性。DPWM生成脉宽调制（Pulse-WidthModulation，PWM信号以驱动功率晶体管的栅极，从而控制开关电源的开关状态和频率。

2国产FPGA加速器电源数字控制器的设计

2.1设计方案

本实用新型所提供的滤波组件在结构设计上具有显著优势，具体体现在其回路短、结构布置灵活等特点。这种设计不仅提高了滤波组件的空间利用率，还增强了滤波组件在不同场景下的适应性，使电路调节变得更加高效和精准。通过优化布局，滤波组件能够有效降低信号干扰，从而保障电源系统在各种工作环境中的稳定性。本方案中的滤波组件1通过将滤波电路上的若干滤波电容集成设置于至少1块输出滤波电容板103上，并将输出滤波电容板103沿厚度方向夹持于第一正极导体101和第一负极导体102之间，使输出滤波电容板103和穿插在第一正极导体101和第一负极导体