基于S3C2440的測試系統數字穩壓電源設計

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PWM穩壓電路中，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。根據所選器件的參數，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秀的運算速度，保證了系統的實時性，編寫軟件主要以C語言進行驅動和應用程序的開發，其大容量存儲器，完全能滿足系統程序的數據存儲。
該測試系統中ARM處理器所要實現的主要功能和軟件實現方法如下。
3．1 PWM波產生
PWM用于對電路中IGBT的驅動。根據輸出采樣，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(在本系統中為電壓電流值)與設定值相比較，用這個誤差來調節系統的響應，以達到動態實時的控制過程。
在數字穩壓電源PID控制系統中，使用比例環節控制電壓電流的輸出與輸入誤差信號成比例改變，但是這里會存在一個穩態誤差，即實際值與給定值間存在的偏差，因此需要引入積分環節來消除穩態誤差以提高系統精度。但由于電源系統在導通、關斷時，產生積分積累，會引起電壓電流超調，甚至會出現震蕩。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，采用積分環節去消除系統比例環節產生的穩態誤差。PID控制算法設定閾值ε，當|e(k)|>ε時，采用PD控制環節，減少超調量，使系統有較快的響應；當|e(k)|ε時，采用PID控制，以保證電壓電流精度和穩定度。在電壓達到千分之一精度范圍后，需要加入積分環節，以完成電源開機時迅速穩定的輸出。PID算法流程圖如圖3所示。