ARM處理器S3C4480在高精度直流開(kāi)關(guān)電源設計中的應用

l 系統硬件架構
　 隨著(zhù)數字電路和半導體工藝日趨完善成熟，數字信號、數字電路在應用中所占比例越來(lái)越大，同時(shí)顯現出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn)：便于計算機處理控制、減小信號的干擾、提高抗干擾能力、便于調試，也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。隨著(zhù)嵌入式處理器主頻的提升，片內控制功能的增強，PWM波形頻率與精度的進(jìn)一步提高，使得電源控制系統的集成度與精度得以提高。

　本電源對輸出的電壓電流信號進(jìn)行采樣，進(jìn)行PID控制，最后輸出PWM驅動(dòng)波形調節輸出電壓。輸出電壓通過(guò)對大容量鉭電容充放電，給負載提供穩定的高電壓大電流輸出，供工廠(chǎng)進(jìn)行電鍍使用。電源的控制系統硬件架構如圖1所示。

　本系統包括PID控制器，PWM輸出，AD采樣，構成單閉環(huán)系統。前端三相交流電源輸入到開(kāi)關(guān)電源整流模塊，經(jīng)整流濾波后輸出平穩的直流電壓。該直流電壓直接輸出至IGBT模塊。高精度AD轉換器將后端輸出的電壓電流信號由模擬信號量變?yōu)閿底至抗┙oS3C44BO進(jìn)行數字PlD運算，經(jīng)過(guò)PID控制運算后，由S3C4480輸出PWM至IGBT從而構成一個(gè)閉環(huán)系統，控制電壓電流穩定輸出，從而實(shí)現開(kāi)關(guān)電源控制系統。

　對于PID運算和PWM波輸出模塊，要求較高。通過(guò)計算和考查，我們選取了，SAMSUNC公司的S3C4480，這是一款32位基于A(yíng)RM7TDtMI架構的CPU，擁有高達59MIPS的運算速度，其具體功能特性如下：

　運算速度高達59 MIPS，完全滿(mǎn)足復雜PID控制器運算的實(shí)時(shí)性要求；
　16位的定時(shí)器，可實(shí)現精度高達0．03 μs的PWM脈沖波，并且有防死區(DEADZONE)功能；
　外部中斷源多達8個(gè)，可以對系統外部故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)響應；
　內部嵌入了LCD)控制器，并擁有DMA通道，使得電壓電流值可以實(shí)時(shí)顯示在LCD上；
　多達71個(gè)通用10口線(xiàn)，可以方便地擴展外部接口；
　內嵌的lIC接口控制器可以將系統信息保存在EEPROM中，為系統操作員提供參考；
　內部的看門(mén)狗功能可使系統在軟件或硬件出錯的情況下自動(dòng)復位，保證了系統的安全正常運行；
　2個(gè)異步串行接口(UART)可以方便地實(shí)現和上位機的通信；
　外擴的大容量存儲器為軟件提供j，充足的空間。

　首先系統采用觸摸屏和LCD作為人機接口。S3C44BO內部集成了LCD控制器，可支持高達320×240分辨率，256色sTN—LCD)，并通過(guò)DMA通道與CPU相連，可以快速動(dòng)態(tài)地顯示彩色圖形，替代了廠(chǎng)家傳統的5l系列單片機與LED數碼管組成的人機接口，使工人操作更加方便。S3C44BO外部GPIO接口，町以提供多種外部信號如表1所列。

　8個(gè)外部中斷，滿(mǎn)足對過(guò)流，過(guò)壓，缺相，超溫等特殊情況的即時(shí)停機響應。S3C44BO帶有外部存儲器接口，通過(guò)外擴FLAsH SST39VF160和SDRAM HY641620保證了本數字控制系統有足夠的空間保存和運行程序。由于設計精度要求千分之一，未選用S3C4480片內IOBIT—ADC，而是選用了AD7705這款雙通道、168IT△一∑的ADC，并通過(guò)SIO同步端口與CPU連接。AD7705的配置可見(jiàn)參考文獻[7]，這里不再說(shuō)明。

2 PWM控制原理
　采樣控制理論中有一個(gè)重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環(huán)節上時(shí)，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結論為理論基礎，對半導體開(kāi)關(guān)器件的導通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖列來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形，并按照一定的規則對各個(gè)脈沖的寬度進(jìn)行調制。