基于S3C2440的测试系统数字稳压电源设计

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S3C240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，可以达到干分之一的控制精度。
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。