登录
|
注册会员
开启辅助访问
设为首页
收藏本站
扫一扫关注官方微信
论坛
BBS
M币充值
M currency prepaid phone
M币获取
附件中心
搜索
search
全新论坛MCU智学网上线,欢迎访问新论坛!稀缺资源、技术干货、参考设计、原厂资料尽在MCU智学网
MCU资讯论坛
»
论坛
›
单片机论坛
›
单片机应用于方案
›
一种测试系统数字稳压电源的设计方案
更新自动建库工具PCB Footprint Expert 2023.13 Pro / Library Expert 破解版
一种测试系统数字稳压电源的设计方案
[复制链接]
1453
0
ad***
管理员
发表在
电源技术
2014-4-4 12:00:46
|
查看全部
|
阅读模式
本文包含原理图、PCB、源代码、封装库、中英文PDF等资源
您需要
登录
才可以下载或查看,没有帐号?
注册会员
x
引 言
直流
稳压
电源
是一种比较常见的
电子设备
,一直被广泛地应用在电子电路、实验教学、科学研究等诸多领域。近年来,嵌入式技术发展极为迅速,出现了以
单片机
、嵌入式
ARM
为核心的高集成度处理器,并在自动化、通信等领域得到了广泛应用。电源行业也开始采用内部集成资源丰富的嵌入式控制器来实现数字稳压电源的控制系统。数字稳压电源是用脉宽调制波(PWM)来控制
MOS
管等
开关
器件的开通和关闭,从而实现电压
电流
的稳定输出。数字稳压电源还具备自诊断功能,能实现过压过流保护、故障警告等。
相比之前的模拟电源,数字稳压电源大大减少了在模拟电源中常见的误差、老化、温度漂移、非线性不易补偿等诸多问题,提高了电源的灵活性和适应性。将
SAMSUNG
公司的嵌入式ARM 处理器
S3C2440
芯片应用到实验室测试系统数字稳压电源的设计中,采用C语言和汇编语言,实现一种以嵌入式ARM 处理器为核心,具备PID控制器以及
触摸屏
等功能的测试系统数字稳压电源控制系统。
1 测试系统数字稳压电源组成及工作原理
数字稳压电源由主控制器、PWM 稳压电路、电压电流取样电路、PID控制器、触摸屏组成,系统原理框图如图1所示。
图1 系统原理框图
本电源对输出的电压电流信号进行采样,进行PID控制,最后输出PWM 驱动波形调节输出电压。输出电压提供给芯片测试平台,供其测试芯片时使用。
前端交流电源输入到整流
模块
,经整流
滤波
后输出平稳的直流电压。该直流电压直接输出至IGBT模块。
高精度A/D转换器将后端输出的电压电流信号由模拟信号量变为数字量供给S3C2440进行数字PID运算,经过PID 控制器运算后,由S3C2440输出PWM 至IGBT,从而构成一个闭环控制系统,控制电压电流稳定输出,从而实现数字稳压电源设计,提供给芯片测试系统使用。ARM 控制器通过触摸屏实现人机交互界面,在触摸屏上设置参数和显示信息。
2 硬件设计
2.1 ARM 控制系统组成
鉴于PID运算和PWM 波输出模块要求高,通过考查,选择SAMSUNG公司的S3C2440,这是一款32位基于ARM920T内核的
CPU
,拥有高达
400
MHz的频率,完全能满足PID控制器运算的实时性要求;16位的
定时器
,可实现精度高达0.03&
mu
;s的PWM 脉冲波,并且有防死区功能;24个外部中断源,完全可以满足对系统外部故障信息进行实时响应;内部嵌入
LCD
控制器,并拥有
DMA
通道,使得电压电流值能够实时显示在LCD上,还可以通过触摸屏设计一些所需的参数;多达140个通用I/O口,可以方便地扩展外部接口和设备;拥有8通道多路复用
ADC
,10位的数字编码,高达500kSPS转换率,满足了测试系统所需的A/D转换精度。
2.2 PWM 稳压电路设计
脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)原理是PWM 调制信号对半导体
功率
开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一些列幅值相等而宽度不相等的脉冲,经过处理后得到稳定的直流电压输出。
PWM 调制信号由ARM 主控制器根据设定的电压值,按一定的规则对各脉冲宽度进行调制后给出脉冲信号。
PWM 稳压电路如图2所示。
图2 PWM 稳压电路
半导体功率开关器件其开关转换速度的快慢直接影响电源的转换效率和负载能力,本系统PWM 稳压电路中,驱动电路由
电阻
、
电容
、
晶体
管和场效应管组成,
MOSFET
是电压单极性金属氧化硅场效应晶体管,所需驱动功率很小,容易驱动。MOSFET的输入阻抗很高,其导通和关断就相当于输入电容充放电过程。根据所选器件的参数,计算出满足的条件,保证驱动电路提供足够大的过充电流,实现MOSFET 快速、可靠的开关。
3 软件设计
采用S3C2440为核心处理器,其丰富的片上资源和优秀的运算速度,保证了系统的实时性,编写软件主要以C语言进行驱动和应用程序的开发,其大容量存储器,完全能满足系统程序的数据存储。
该测试系统中ARM 处理器所要实现的主要功能和软件实现方法如下。
3.1 PWM 波产生
PWM 用于对电路中IGBT 的驱动。根据输出采样,设定和调整定时器配置寄存器TCFGn 和定时器n计数缓存寄存器TCNTBn中的值来改变输出PWM 波的周期和脉冲宽度。修改TCNTBn的值可以控制PWM 波的占空比增加或减少1,PWM 输出占空比增加或者减少千分之一,可以达到千分之一的控制精度。
3.2 监控和保护系统
为了使数字稳压电源能够可靠、安全地为测试系统提供电压,该系统设置了监控和保护系统,主要用于过流保护和过压保护等,ARM 处理器对电压和电流采用双重检测,当电压电流超出所设定的危险值范围时,声光报警,并启动保护电路。
3.3 PID控制算法
PID控制器由比例、积分、微分控制器组合,将测量的受控对象(在本系统中为电压电流值)与设定值相比较,用这个误差来调节系统的响应,以达到动态实时的控制过程。
在数字稳压电源PID控制系统中,使用比例环节控制电压电流的输出与输入误差信号成比例改变,但是这里会存在一个稳态误差,即实际值与给定值间存在的偏差,因此需要引入积分环节来消除稳态误差以提高系统精度。但由于电源系统在导通、关断时,产生积分积累,会引起电压电流超调,甚至会出现震荡。为了减小这方面的影响,设定给定一个误差值范围,当电压电流与设定工作值的误差小于这一给定值时,采用积分环节去消除系统比例环节产生的稳态误差。PID控制算法设定阈值ε,当|e(k)|>ε时,采用PD控制环节,减少超调量,使系统有较快的响应;当|e(k)|《ε时,采用PID控制,以保证电压电流精度和稳定度。在电压达到千分之一精度范围后,需要加入积分环节,以完成电源开机时迅速稳定的输出。PID算法流程图如图3所示。
图3 PID控制算法流程图
PID控制算法程序采用结构体定义:
struct PID{
unsigned int SetPoint; //设定目标Desired Value
unsigned int Proportion; //比例常数Proportional Const
unsigned int Integral; //积分常数Integral Const
unsigned int Derivative; //微分常数Derivative Const
unsigned int LastError; //Error[-1]
unsigned int PrevError; //Error[-2]
unsigned int
Sum
Error; //Sums of Errors
}spid;
在PID控制算法中,经过不断与给定值进行比较,动态控制电压电流输出的稳定,同时确保电压电流输出的精度。
PID控制算法程序如下:
unsigned int PIDCalc(struct PID *pp,unsigned int Next-Point)
{
unsigned int dError,Error;
Error=pp->SetPoint-NextPoint; //偏差
pp->SumError+= Error; //积分
dError=pp->LastError-pp->PrevError; //当前微分
pp->PrevError=pp->LastError;
pp->LastError= Error;
return(pp->Proportion* Error //比例
+pp->Integral*pp->SumError //积分项
+pp->Derivative*dError); //微分项
}
测试系统的整体程序流程图如图4所示。
图4 主程序流程图
本文所设计的测试系统数字稳压电源能够满足芯片测试所需的电源要求。图5为输出的一路电压。由图可知,所输出的电压稳定。
图5 输出电压波形图
4 结 语
本文设计的稳压电源提供的电压稳定可靠,系统运行也非常稳定。由于可扩展的I/O 非常多,可以同时为多个芯片提供各种所需的稳压电源电压值。该系统不仅能够用在实验室芯片测试工作中,而且可以通过软件编程的方法,修改一些控制程序,使所设计的稳压电源作为智能电子产品性能测试的电源电压,这样提高了设备的使用效率,有着不错的应用前景。
电子电路
,
科学研究
,
嵌入式
,
技术
,
教学
相关帖子
本人工作10年总结文档——《嵌入式操作系统内核调度》
关于数字电路的基本概念和学习内容
飞凌嵌入式发布双核i.MX6DL开发板|imx6DL开发板|imx6
飞凌嵌入式充电桩解决方案
51单片机入门教程源码,猿始部落官方代码正式版,第一课,点亮LED灯。
51单片机入门教程源码,猿始部落官方代码正式版,第二课,点亮LED灯闪烁。
51单片机入门教程源码,猿始部落官方代码正式版,第三课,点亮LED灯流水灯效果。
51单片机入门教程源码,猿始部落官方代码正式版,第四课,定时器使用。
[新人贴福利!]分享单片机教学视频
资源分享:嵌入式Linux基础全套视频教程!
举报
回复
返回列表
*
滑块验证:
高级模式
B
Color
Image
Link
Quote
Code
Smilies
您需要登录后才可以回帖
登录
|
注册会员
本版积分规则
发表回复
回帖后跳转到最后一页
浏览过的版块
原理图论坛
Allegro论坛
回复
转播
评分
分享
打开支付宝扫一扫,最高立得1212元红包
搜索
本版
帖子
用户
热搜:
传感器
51串口程序
电子管放大器
夾式電表
夾式電流
Mentor论坛
打印机
版块推荐
百宝箱
My 布拉格
无边框Z9
Z9Max
Z9mini
nubia动态
问题 & 建议
资源分享
爱拍
同城会
牛仔生活
查看论坛所有版块>>
每日签到
论坛任务
摄影技巧
跳蚤市场
互助问答
论坛导读
申请内测
红包中心
每日摇一摇
活动中心
网站地图
官方旗舰店
图文热点
VKL144A TSSOP48 点阵式液晶驱动芯片/低功
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VKL44A 封装形式:TSSOP48 概述 VKL144是
高抗干扰液晶显示驱动/省电液晶驱动IC/LCD
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VKL128 封装形式:SSOP44 概述 VKL128是一
VK2C23A/B LQFP64/48LCD驱动控制器/高抗干
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C23A/B 封装形式:LQFP64/48 概述 VK2C
高抗干扰液晶驱动/点阵式液晶显示IC/VK2C21
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C21D 封装形式:SOP16 概述 VK2C21D是
I2C通信接口段码液晶驱动芯片VK2C21C SOP20
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C21C 封装形式:SOP20 概述 VK2C21C是
更多
精华推荐
VKL144A TSSOP48 点阵式液晶驱动芯片/低功
高抗干扰液晶显示驱动/省电液晶驱动IC/LCD
VK2C23A/B LQFP64/48LCD驱动控制器/高抗干
高抗干扰液晶驱动/点阵式液晶显示IC/VK2C21
I2C通信接口段码液晶驱动芯片VK2C21C SOP20
VK2C21B SOP24高抗干扰LCD液晶段码驱动芯片
低成本、高性能、带EEPROM了解一下
工控仪表/水电气表LCD驱动/抗干扰液晶段码
更多
社区学堂
VKL144A TSSOP48 点阵式液晶驱动芯片/
高抗干扰液晶显示驱动/省电液晶驱动IC/
VKL144A TSSOP48 点阵式液晶驱动芯片/低功
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VKL44A 封装形式:TSSOP48 概述 VKL144是
高抗干扰液晶显示驱动/省电液晶驱动IC/LCD
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VKL128 封装形式:SSOP44 概述 VKL128是一
VK2C23A/B LQFP64/48LCD驱动控制器/高抗干
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C23A/B 封装形式:LQFP64/48 概述 VK2C
更多
客服中心
QQ:187196467
服务时间:周一至周日 8:30-20:30
在线客服
客服微博
产品咨询
售后中心
关注我们
关于我们
关于我们
友情链接
联系我们
帮助中心
网友中心
购买须知
支付方式
服务支持
资源下载
售后服务
定制流程
关注我们
官方微博
官方空间
官方微信
QQ:187196467
周一到周日 8:30-22:00 (全年无休)
7 x 24小时在线客服
手机版
Powered by
MCUZX!
X3.4 © 2008-2015
MCU资讯论坛
版权所有
京ICP备18035221号-2
客服QQ: 187196467
技术支持:
MCU资讯论坛
|
网站地图
快速回复
返回顶部
返回列表