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

半導體功率開關(guān)器件其開關(guān)轉(zhuǎn)換速度的快慢直接影響電源的轉(zhuǎn)換效率和負載能力，本系統(tǒng)PWM穩(wěn)壓電路中，驅(qū)動電路由電阻、電容、晶體管和場效應(yīng)管組成，MOSFET是電壓單極性金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動功率很小，容易驅(qū)動。MOSFET的輸入阻抗很高，其導通和關(guān)斷就相當于輸入電容充放電過程。根據(jù)所選器件的參數(shù)，計算出滿足的條件，保證驅(qū)動電路提供足夠大的過充電流，實現(xiàn)MOSFET快速、可靠的開關(guān)。

3 軟件設(shè)計
采用S3C240為核心處理器，其豐富的片上資源和優(yōu)秀的運算速度，保證了系統(tǒng)的實時性，編寫軟件主要以C語言進行驅(qū)動和應(yīng)用程序的開發(fā)，其大容量存儲器，完全能滿足系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)存儲。
該測試系統(tǒng)中ARM處理器所要實現(xiàn)的主要功能和軟件實現(xiàn)方法如下。
3．1 PWM波產(chǎn)生
PWM用于對電路中IGBT的驅(qū)動。根據(jù)輸出采樣，設(shè)定和調(diào)整定時器配置寄存器TCFGn和定時器n計數(shù)緩存寄存器TCNTBn中的值來改變輸出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，可以達到干分之一的控制精度。
3．2 監(jiān)控和保護系統(tǒng)
為了使數(shù)字穩(wěn)壓電源能夠可靠、安全地為測試系統(tǒng)提供電壓，該系統(tǒng)設(shè)置了監(jiān)控和保護系統(tǒng)，主要用于過流保護和過壓保護等，ARM處理器對電壓和電流采用雙重檢測，當電壓電流超出所設(shè)定的危險值范圍時，聲光報警，并啟動保護電路。
3．3 PID控制算法
PID控制器由比例、積分、微分控制器組合，將測量的受控對象(在本系統(tǒng)中為電壓電流值)與設(shè)定值相比較，用這個誤差來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)，以達到動態(tài)實時的控制過程。
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成比例改變，但是這里會存在一個穩(wěn)態(tài)誤差，即實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)在導通、關(guān)斷時，產(chǎn)生積分積累，會引起電壓電流超調(diào)，甚至會出現(xiàn)震蕩。為了減小這方面的影響，設(shè)定給定一個誤差值范圍，當電壓電流與設(shè)定工作值的誤差小于這一給定值時，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|e(k)|>ε時，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|e(k)|ε時，采用PID控制，以保證電壓電流精度和穩(wěn)定度。在電壓達到千分之一精度范圍后，需要加入積分環(huán)節(jié)，以完成電源開機時迅速穩(wěn)定的輸出。PID算法流程圖如圖3所示。