一种测试系统数字稳压电源的设计方案

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，设定和调整定时电感式接近传感器器配置寄存器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。在电压达到千分电感器生产厂家之一精度范围后，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 SumError; //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->Pre塑封电感vError; //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

}

3.4 系统程模压电感序

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。

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