基于S3C2440的測(cè)試系統(tǒng)數(shù)字穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件其開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速度的快慢直接影響電源的轉(zhuǎn)換效率和負(fù)載能力，本系統(tǒng)PWM穩(wěn)壓電路中，驅(qū)動(dòng)電路由電阻、電容、晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管組成，MOSFET是電壓?jiǎn)螛O性金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動(dòng)功率很小，容易驅(qū)動(dòng)。MOSFET的輸入阻抗很高，其導(dǎo)通和關(guān)斷就相當(dāng)于輸入電容充放電過(guò)程。根據(jù)所選器件的參數(shù)，計(jì)算出滿(mǎn)足的條件，保證驅(qū)動(dòng)電路提供足夠大的過(guò)充電流，實(shí)現(xiàn)MOSFET快速、可靠的開(kāi)關(guān)。

3 軟件設(shè)計(jì)
采用S3C240為核心處理器，其豐富的片上資源和優(yōu)秀的運(yùn)算速度，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，編寫(xiě)軟件主要以C語(yǔ)言進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，其大容量存儲(chǔ)器，完全能滿(mǎn)足系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
該測(cè)試系統(tǒng)中ARM處理器所要實(shí)現(xiàn)的主要功能和軟件實(shí)現(xiàn)方法如下。
3．1 PWM波產(chǎn)生
PWM用于對(duì)電路中IGBT的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)輸出采樣，設(shè)定和調(diào)整定時(shí)器配置寄存器TCFGn和定時(shí)器n計(jì)數(shù)緩存寄存器TCNTBn中的值來(lái)改變輸出PWM波的周期和脈沖寬度。修改TCNTBn的值可以控制PWM波的占空比增加或減少1，PWM輸出占空比增加或者減少千分之一，可以達(dá)到干分之一的控制精度。
3．2 監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)
為了使數(shù)字穩(wěn)壓電源能夠可靠、安全地為測(cè)試系統(tǒng)提供電壓，該系統(tǒng)設(shè)置了監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)，主要用于過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)等，ARM處理器對(duì)電壓和電流采用雙重檢測(cè)，當(dāng)電壓電流超出所設(shè)定的危險(xiǎn)值范圍時(shí)，聲光報(bào)警，并啟動(dòng)保護(hù)電路。
3．3 PID控制算法
PID控制器由比例、積分、微分控制器組合，將測(cè)量的受控對(duì)象(在本系統(tǒng)中為電壓電流值)與設(shè)定值相比較，用這個(gè)誤差來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)，以達(dá)到動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的控制過(guò)程。
在數(shù)字穩(wěn)壓電源PID控制系統(tǒng)中，使用比例環(huán)節(jié)控制電壓電流的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例改變，但是這里會(huì)存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差，即實(shí)際值與給定值間存在的偏差，因此需要引入積分環(huán)節(jié)來(lái)消除穩(wěn)態(tài)誤差以提高系統(tǒng)精度。但由于電源系統(tǒng)在導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生積分積累，會(huì)引起電壓電流超調(diào)，甚至?xí)霈F(xiàn)震蕩。為了減小這方面的影響，設(shè)定給定一個(gè)誤差值范圍，當(dāng)電壓電流與設(shè)定工作值的誤差小于這一給定值時(shí)，采用積分環(huán)節(jié)去消除系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。PID控制算法設(shè)定閾值ε，當(dāng)|e(k)|>ε時(shí)，采用PD控制環(huán)節(jié)，減少超調(diào)量，使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)；當(dāng)|e(k)|ε時(shí)，采用PID控制，以保證電壓電流精度和穩(wěn)定度。在電壓達(dá)到千分之一精度范圍后，需要加入積分環(huán)節(jié)，以完成電源開(kāi)機(jī)時(shí)迅速穩(wěn)定的輸出。PID算法流程圖如圖3所示。