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                分析S3C44B0在高星;星精度直流開關電源中的應用
                時間:2020-05-16 09:02:53 點擊次數:203

                引言 

                近年來,嵌入式技術發展極為迅速,出現了◣以單片機、專用嵌入¤式ARM為核心的高集成度處理器,並在通信、自動化、電力電子等領域得到了廣泛應用。電源行業也開始采用內部集成資源豐富的嵌入式√控制器來構成大型開關電源的控制系統。開關電源是效率較高的ω 一種電源,是由占空比可雕的脈寬調制波(PWM)來控制M0S管、IGBT等開關器件的開通喂與關閉,從而實現電壓電流穩定輸出,其性能的優劣直接關系到整個電子系統的工◥作性能指標。將SAMSUNC公司的嵌入式ARM處理器S3C44BOX芯片,應用到開關電源的控制系統的設計中,采用C語言和少量匯編語言,就可以實↙現一種以嵌入式■ARM處理器為核心、具有智能PID控制器以及觸摸屏、液晶神兵利器老子有顯示器等功能的開關電源控制系統。

                l 系統硬件架構 

                隨著數字電路和半導體工藝日趨完善成熟,數字信號、數字電路在應用中所占比例越來㊣越大,同時顯現出越來越多的優點:便於計算機處理控制平常就是匪患之流、減小信號的幹擾、提费尽千辛万苦高抗幹擾能力、便於調試,也便於自ξ 診斷、容錯等技術的植入█。隨著嵌入式處理器主頻的提升,片內控制功能的增強,PWM波形頻率與精度的進一步提高,使得電源控制系統的△集成度與精度得以提高。 本電源對輸◇出的電壓電流信號進行采樣,進行PID控制,最後輸出PWM驅動波形調節輸出電壓。輸出電壓通過對大容量鉭電容充放電,給負載提供穩定的高電年轻人他不认识壓大電流輸出,供工廠〗進行電鍍使用。電源的控制系統硬件架構如圖1所示。

                圖1

                本系統□ 包括PID控制器,PWM輸出,AD采樣,構成單手从胸部向下摸去閉環系統。前端三相交流電源輸入到開關電源整流模塊,經整流濾波後輸出平穩的直流電壓。該直流@ 電壓直接輸出至IGBT模塊。高精度AD轉換器將後端輸出的電壓電流信號由模擬信號量變為數字量供給S3C44BO進行數字PlD運算,經過PID控制運算後,由S3C4480輸出PWM至IGBT從而構成掩饰着自己一個閉環系統,控制電壓電流穩定◣輸出,從而實¤現開關電源控制系統。
                對於PID運算和PWM波輸出模塊,要求較高。通過計算和考查杨家俊抱着头,我們選取了,SAMSUNC公司的S3C4480,這是一款32位基於ARM7TDtMI架構的CPU,擁有高達59MIPS的運算速度,其具體功能≡特性如下:
                運算速度高達59 MIPS,完全滿足復雜PID控制器運算的實時性要求;
                16位的定〇時器,可實現精度高達0.03 μs的PWM脈沖波,並且有防死區(DEADZONE)功能;
                外部中斷正要站起身来活动一下几乎僵硬源多達8個,可以→對系統外部故障信息進行實時響應;
                內部嵌入∏了LCD)控制器,並擁有DMA通道,使得電▂壓電流值可以實時顯示在LCD上;
                多達71個通用10口線,可以方便地擴展外部接口;
                內嵌的lIC接口控制看好这几把剑器可以將系統信息保存在EEPROM中,為系統操作員提供參考;
                內部〗的看門狗功能可使系統在軟件或硬件出錯的情況下自↙動復位,保證了系統的安全正常運行;
                2個異步串行接口(UART)可以方便地實現和上位機的通信;
                外擴的大容量存却发现没有一个人符合这个人表露儲器為♀軟件提供j,充足的空間。
                首先系統采用觸摸「屏和LCD作為人機接口。S3C44BO內部集成了LCD控制器,可支持高一看就是有钱達320×240分辨率,256色sTN—LCD),並通過DMA通道與CPU相連,可以快速動態♀地顯示彩色圖形,替代了廠家傳統的5l系列單片機⊙與LED數碼管組成的人機若是给我重来一次接口,使工人操∮作更加方便。S3C44BO外部GPIO接口,町以提供多種外部信號如表1所列。


                表1和表2



                8個外部︼中斷,滿ω足對過流,過壓,缺相,超溫等特殊情況的即時停機響應。S3C44BO帶有外部存儲器接口,通過外擴FLAsH SST39VF160和SDRAM HY641620保證了本數字控制系統有足夠的空間∮保存和運行程序。由於設計精度要求千分之一,未選用S3C4480片內IOBIT—ADC,而是選用了AD7705這熟悉了款雙通道、168IT△一∑的ADC,並通過SIO同步端口№與CPU連接。

                2 PWM控制原理
                采樣控制理論中有一個重要結論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在▃慣性環節上時,其效果基本相同。PWM控制技術就是以該結論為理論基礎,對半導】體開關器件的導通和關斷進行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖≡,用這些脈沖列來代替正弦却生生给人一种俯瞰天下波或其他所需』要的波形,並按照一定⌒的規則對各個脈沖的寬度進行調制。
                在本」系統中,PWM波形由中央但却知道跟之前不同了處理器S3C4480的時鐘TIMER0輸出口T0UTO輸出。由於要求輸出頻率30 kHz的PWM波,且精度在千●分之一,所以∏通過設置∑ TCFGO和TCFGl寄存器的設置,將4BIT分頻器設置為O.5,預定標寄存器設置為l,計數比較寄存〓器TCNTB0設置為1000,這樣,在S3C4480主頻於66MHz時,TOUT0輸出的PWM波頻率為30 kHz。當TIMER0開始計時後,每次TCNTB0的值與定↙時器的向下計數器值相同時,定時器控制PWM波電平改變。使得修改TC-NTB0的值可以控制PWM波的占〖空比,增加或者減少1,則PWM輸出占空比增加或者減少千分之一,從而達到千分之一精度不是你死就是我亡。圖2為輸出的PWM波形圖,我們可以▲看出,通過專用的定時器輸出口TOUTO輸出的PWM波形,波形很好,經過測試,上升沿與下降◣沿均在ns級。

                3 PID算法與軟件流程圖
                3.1 主程序軟件天地同化流程
                由於采用了嵌入式ARM芯片,使得在系統軟件實現中主要以C語言進行∴驅動和應用程序的開發,僅在CPU初始化階段使用ARM匯編語言。使用ARM S3C44BO芯片外擴了2M FLASH,8M SDRAM大容量存儲器,完全滿足了系統程序運行和數【據的存儲,這樣充分發揮了S3C4—480 ARM嵌入式∞系統存儲器容量大,軟件編程簡單,速度快,精度高的優勢。數字控制系統軟件流程如圖2所示。
                在系統開機※後,首先要檢測系統外圍設備的狀態是否正常,以免出現故障。在系汗珠不断地冒了出来統運行中,為了防止軟件◆跑飛,還需要開啟看門狗功能,加入餵狗程↑序,這樣軟件上保證系統的可靠性和穩定性。在ADC部分對采樣值進行均值是一击不中濾波,保證采樣值的正確與穩定。
                3.2 PID控制算法
                在自動控制技術中,應用最為廣泛的⌒調節器控制規律為比例(P)、積分(I)、微分(D)控制,簡稱PID控制,又稱Pm調節。其原理的關鍵是測量、比較和執行。PID控制器將測量受控對象(在本ω 系統中即電壓電流值)與設定值相比較,用這個誤差來∑ 調節系統的響應。
                在電源數字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,但是實際值與給定值通常會存在偏差,這個偏差稱作穩態誤差。因此,需要引轿车就离开了入積分環節的消除穩態誤差功能提高精度∞,但是考慮到電源系︾統開機、關機①或大幅增加電壓電流工作設定值時,產生積分積累,就會一语道出玄机引起電壓電流超調,甚至在給定值上下振蕩。所以為減小在運行過程中積分環節▲對電壓電流動態性々能的影響,采用了積分分離PID控制電壓電流,即當電壓電流與設定工作值示弱的誤差小於一█個範圍時,再采用積分環節去消除系統比例環節產生的穩態∴誤差。
                積分分離PID控制算法需設定積分分離閥ε,當l e(k)│>ε時,即偏差值較大時,僅采用PD控制環節,減少超調量,使ㄨ系統有較快響應;當l e(k)l≤ε時,即偏差值比較小時,采用PID控制,以保證電壓没有一点痕迹電流精度和穩定度。在開機後,按照固定步長打開PWM波寬度,使得電真挚壓升高¤。在達到設定值一定範圍後,為防止※電壓過沖,需要加入積分分離PID控制算法進行控制,防止電壓【超調。在電壓達到千分之一進度範圍後,需要加入積分環☆節,完成電源開機時迅速穩定的輸出。PID算法流程如圖3所示。


                4 結語
                嵌入式ARM芯片S3C4480在高精度開關電源數字控制系統設計中的¤應用,充分利用該芯片上強大的資源,簡化了硬件〗電路,提高了軟件開發速度,方便√了軟硬件調試,提高了系統的可靠性。該系統經現場ω 調試證明,設計合理、運行可靠,為廠家實現了5l系列8位單片機到ARM 32位系統的升級,降低了◆成本並提高了產品的性能。


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