實現數字電源轉換的方法

7 PID算法

使用PID算法，將實際與期望輸出電壓之間的誤差進行比例、積分和微分計算，然后將這三項合起來，實現對PWM占空比的控制。PID算法可以用于采用電壓和電流模式的控制環路。處理Microchip的DSC不需要DSP技巧(見圖5的代碼列表)，控制軟件(圖4)的主要“核心”是PID環路。PID軟件通常很小，但是其執行速度非常快，通常每秒可以反復幾十萬次。這么高的反復率需要PID軟件程序盡可能有效地發揮最佳性能。使用匯編程序是保證“嚴緊代碼”的一種很好的方法。

PID控制環路是定期由ADC進行中斷驅動，任何系統功能都能在“空閑環路”中執行，以便減少PID控制軟件內不必要的工作量。諸如電壓上升/下降、錯誤檢測、前饋計算和通信支持程序功能都是空閑環路可以執行的，其他中斷驅動進程的優先級都必須比PID環路低。

空閑環路在完成系統和外設的初始化任務之后啟動。通常，空閑環路監控溫度，計算“前饋”條件，并檢查故障狀況。SMPS軟件可執行該控制算法，將ADC中斷驅動的PID環路作為其與時間關系最密切的部分。PID軟件不應該使用超過可用處理器大約66%的帶寬，以便計算資源的其余部分能夠分配給空閑環路軟件。

假設以30 MIPS運行PID環路(包括30條指令)，執行時間大約為1μs。如果反復率是500kHz(2μs)，那么PID工作量需要消耗一半可用的處理器帶寬，也就是15MIPS。

用于數字式降壓式轉換器的PID軟件的實例代碼列表：

CALCULATE_PID:

push.s ; Save SR and W0-W3

bclr.b IFS0+1, #3 ; Clr IRQ flag in interrupt controller

#PID_REG_BASE, w8 ; Init pointer to PID register block

mov #PID_GAIN_REG_BASE, w10 ; Init pointer to PID gain register block

mov ADBUF1, w0 ; Read ADC to get voltage measurement

mov COMMANDED_VOLTAGE, w1 ; Get commanded output voltage

sub w1, w0, w0 ; W0 = proportional voltage error

mov PROPORTIONAL_Error, w1 ; Get previous voltage error

sub w0, w1, w2 ; diff error = new verr - old verr

mov w0, PROPORTIONAL_ERROR ; Store New Proportional Voltage Error

mov w0, PREINTEGRAL_TERM ; Store copy PERR as pre integral term

mov w2, DERIVATIVE_ERROR ; Store new Derivative Error

; These registers are reserved for PID calculations

; w6, w7 = contains data for MAC operations

; w8, w10 = pointers to error terms, and gain coefficients

SUM_PID_TERMS:

clr A, [w8]+=2, w6, [w10]+=2, w7 ; clr A, prefetch w6, w7

mac w6*w7, A, [w8]+=2, w6, [w10]+=2, w7 ; MAC proportional term and gain

mac w6*w7, A, [w8]+=2, w6, [w10]+=2, w7 ; MAC derivative term and gain

mac w6*w7, B, [w8]+=2, w6, [w10]+=2, w7 ; Update Integrator

add ACCA ; Add ACCB (Integrator) to ACCA