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

半導體功率開關器件其開關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(tǒng)PWM穩(wěn)壓電路中，驅動電路由電阻、電容、晶體管和場效應管組成，MOSFET是電壓單極性金屬氧化硅場效應晶體管，所需驅動功率很小，容易驅動。MOSFET的輸入阻抗很高，其導通和關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，保證驅動電路提供足夠大的過充電流，實現(xiàn)MOSFET快速、可靠的開關。

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(tǒng)的實時性，編寫軟件主要以C語言進行驅動和應用程序的開發(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的驅動。根據(jù)輸出采樣，設定和調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)與設定值相比較，用這個誤差來調節(jié)系統(tǒng)的響應，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、關斷時，產(chǎn)生積分積累，會引起電壓電流超調，甚至會出現(xiàn)震蕩。為了減小這方面的影響，設定給定一個誤差值范圍，當電壓電流與設定工作值的誤差小于這一給定值時，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控制算法設定閾值ε，當|e(k)|>ε時，采用PD控制環(huán)節(jié)，減少超調量，使系統(tǒng)有較快的響應；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。