基于FPGA的通用开关电源控制器硬件模拟开发平台的设计与实现

　　随着电力电子技术的发展，离线开关电源在人们的日常生活中得到了日益广泛的应用。在开关电源领域。各大半导体厂商对开关电源控制芯片的竞争也日趋激烈。因此，缩短控制芯片的开发周期及新产品的上市时间，是提高其竞争力的关键因素。

　　在开关电源控制芯片的设计过程中，软件仿真是系统方案论证的一个重要手段。而控制芯片的硬件模拟，因其能够克服软件仿真的一些缺点，日益受到人们关注。为此，笔者设计并开发了一套基于FPGA的通用开关电源控制器硬件模拟平台。控制器的逻辑电路通过FPGA编程实现;控制器的模拟电路通过比较器、放大器等实现。通过此平台对开关电源控制芯片进行硬件模拟，直接从硬件对控制器设计的技术方案进行论证确认，提高了控制器设计的可靠性，从而大大缩短其设计周期。

　　1 通用硬件模拟开发平台的组成

　　此通用IC控制器硬件模拟开发平台主要由两部分组成：数字电路部分(包括一块FPGA开发板)和模拟电路部分(包括一块模拟电路板、一块参考电源板和一块驱动电路板)。此平台的结构框图如图l所示。

　　1.1 数字电路部分

　　数字电路部分由Memec公司的Spartan-3 LC开发板组成。此开

　　发板基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPcA XC3S400，主要包含有：1个50MHz的时钟晶振、1个RS-232接口、1个USB 2.0接口、4个LED、8个滑动开关、2个按钮式开关、1个七段显示器以及2个可扩展至109个用户I/O的接口。

　　Spartan-3系列FPGA XC3S400采甩90nm工艺技术，包含有40万个系统门(System gates)、8064个等效逻辑单元(Equivalent logic cells)、16个18×18专用乘法器、4个片上时钟管理模块(DCM)以及多达141个用户I/O引脚。

　　此开发板提供了强大的可编程数字逻辑功能。通过对FPGA的编程，可以实现各种所需的数字逻辑策略.从而可以很好地对PWM控制器的数字逻辑部分进行硬件模拟。

　　1.2 模拟电路部分

　　模拟电路部分主要包括以下功能模块：5V电源模块、参考电压模块、通用加法电路模块、通用放大电路模块、通用比较电路模块、数字软启动单元模块、模拟软启动单元模块、A/D模块、驱动电路模块等。

　　通过对这些通用模块及其他功能模块的组合，可以实现对PWM控制器各种模拟电路单元的硬件仿真。

　　限于文章篇幅，各个功能模块的具体组成将不在此介绍。

　　2 开关电源控制器硬件模拟的实现

　　通过对FPGA的逻辑功能编程以及模拟电路功能模块的组合，可以实现开关电源PWM控制器各个功能模块的硬件模拟，如振荡器模块、软启动模块、PWM生成模块以及保护电路模块等。