基于S3C2440的測試系統數字穩壓電源設計

半導體功率開(kāi)關(guān)器件其開(kāi)關(guān)轉換速度的快慢直接影響電源的轉換效率和負載能力，本系統PWM穩壓電路中，驅動(dòng)電路由電阻、電容、晶體管和場(chǎng)效應管組成，MOSFET是電壓?jiǎn)螛O性金屬氧化硅場(chǎng)效應晶體管，所需驅動(dòng)功率很小，容易驅動(dòng)。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(guò)程。根據所選器件的參數，計算出滿(mǎn)足的條件，保證驅動(dòng)電路提供足夠大的過(guò)充電流，實(shí)現MOSFET快速、可靠的開(kāi)關(guān)。

3 軟件設計
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，保證了系統的實(shí)時(shí)性，編寫(xiě)軟件主要以C語(yǔ)言進(jìn)行驅動(dòng)和應用程序的開(kāi)發(fā)，其大容量存儲器，完全能滿(mǎn)足系統程序的數據存儲。
該測試系統中ARM處理器所要實(shí)現的主要功能和軟件實(shí)現方法如下。
3．1 PWM波產(chǎn)生
PWM用于對電路中IGBT的驅動(dòng)。根據輸出采樣，設定和調整定時(shí)器配置寄存器TCFGn和定時(shí)器n計數緩存寄存器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，可以達到干分之一的控制精度。
3．2 監控和保護系統
為了使數字穩壓電源能夠可靠、安全地為測試系統提供電壓，該系統設置了監控和保護系統，主要用于過(guò)流保護和過(guò)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定的危險值范圍時(shí)，聲光報警，并啟動(dòng)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(在本系統中為電壓電流值)與設定值相比較，用這個(gè)誤差來(lái)調節系統的響應，以達到動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的控制過(guò)程。
在數字穩壓電源PID控制系統中，使用比例環(huán)節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(huì )存在一個(gè)穩態(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)節來(lái)消除穩態(tài)誤差以提高系統精度。但由于電源系統在導通、關(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生積分積累，會(huì )引起電壓電流超調，甚至會(huì )出現震蕩。為了減小這方面的影響，設定給定一個(gè)誤差值范圍，當電壓電流與設定工作值的誤差小于這一給定值時(shí)，采用積分環(huán)節去消除系統比例環(huán)節產(chǎn)生的穩態(tài)誤差。PID控制算法設定閾值ε，當|e(k)|>ε時(shí)，采用PD控制環(huán)節，減少超調量，使系統有較快的響應；當|e(k)|ε時(shí)，采用PID控制，以保證電壓電流精度和穩定度。在電壓達到千分之一精度范圍后，需要加入積分環(huán)節，以完成電源開(kāi)機時(shí)迅速穩定的輸出。PID算法流程圖如圖3所示。