基于PID算法的高精度數(shù)字化電源設(shè)計
摘要:提出了一種基于PID算法的高精度數(shù)字化電源設(shè)計方案。采用DSP和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié),通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器,達(dá)到控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器,使電路更簡單,精度更高,通用性更強。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/130632.htm引言
由于數(shù)字化器件的迅速發(fā)展,有效推動了數(shù)字化電源系統(tǒng)的發(fā)展,對于一個簡單的、固定功能的應(yīng)用,模擬電源能保持較大的成本競爭力。但是對于要求靈活性或者較復(fù)雜功能的電源,數(shù)字電源不僅具有低成本競爭力并且在許多情況下可能是唯一的選擇。目前在國內(nèi),采用FPGA+DSP組合同時基于PID算法來設(shè)計數(shù)字化電源還是比較少見的,這也是本文把其作為主要研究對象的原因。
本文采用FPGA控制18位的高速高精度的AD轉(zhuǎn)換器AD7678采集數(shù)字電源的電壓,同時利用SPI通信協(xié)議與DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞,在后端DSP通過PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器,達(dá)到控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
硬件的總體結(jié)構(gòu)主要分為:外圍電路部分、FPGA控制部分和DSP處理部分。
設(shè)計思路:DSP是整個系統(tǒng)的核心部分,完成PID算法的處理、PWM信號的給出、發(fā)同步信號給FPGA、以及程序的調(diào)度等等。由于整個系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng),要求采樣速率和精度相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC,這樣就避免了高速采樣占用DSP資源的問題,減輕了DSP的負(fù)擔(dān),DSP可以將讀到的ADC信息做PID調(diào)節(jié),從而產(chǎn)生PWM波來控制開關(guān)電路的開關(guān)速率,從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。
系統(tǒng)硬件平臺
外圍電路部分
針對不同的數(shù)字電源,信號調(diào)理電路是不一樣的,本次設(shè)計是對小于5V的電壓信號進(jìn)行采集,如果高于5V要采用分壓電路 [5] 。由于在電壓信號中存在大量的高頻信號(干擾),首先要對電壓進(jìn)行濾波處理,經(jīng)典的濾波電路就是用電阻、電感、電容組成。如果信號比較小,還要經(jīng)過放大等。本次設(shè)計采用差分電路對輸入信號進(jìn)行調(diào)理,有利于ADC對輸入信號的高精度采集,還可以對ADC起保護(hù)作用,也是本次設(shè)計的優(yōu)點之一,具體電路如圖2所示。
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