基于arm的軟開關(guān)電源pwm反饋回路的設(shè)計

基于arm的軟開關(guān)電源pwm反饋回路的設(shè)計

高頻開關(guān)的核心部分是功率變換器。為了獲得高質(zhì)量的輸出電壓和電流，必須采用控制技術(shù)。隨著新型功率器件日趨成熟,為進一步改善開關(guān)電源的性能,對開關(guān)電源的控制方法提出了更高要求,而更靈活可靠的數(shù)字控制是開關(guān)電源的發(fā)展方向?？紤]其既要能提供脈寬調(diào)制(PWM)控制信號,又具有軟啟動功能,以及一定的輸出功率,本設(shè)計采用了先進精簡指令集運算機(AdvancedRISCMachines,以下簡稱ARM)處理器來實現(xiàn)PWM移相控制信號的輸出,而控制芯片則選用了周立功單片機有限公司的EasyARM2210開發(fā)板,其功能強大,且功耗很低。1數(shù)字控制的硬件設(shè)計1.1管腳連接模塊管腳連接模塊允許將微控制器的管腳配置為1個以上的不同功能,通過配置寄存器控制多路開關(guān)來連接管腳與片內(nèi)外設(shè),進行管腳的功能配置。外設(shè)在激活和任何相關(guān)中斷使能之前必須連接到適當?shù)墓苣_,而任何一個被使能的外設(shè),如果其功能沒有映射到相關(guān)的管腳,對它的激活被認為是未定義的。管腳連接模塊包含3個寄存器,即管腳功能選擇寄存器PINSEL0、PINSEL1和PINSEL2。PINSELn按照設(shè)定的值來控制管腳的功能。1.2dm匹配性能分析PWM基于標準的定時器模塊并具有其所有特性,盡管LPC2210只將其PWM功能輸出到管腳。定時器對外設(shè)時鐘(pclk)進行計數(shù),可選擇產(chǎn)生中斷或根據(jù)7個匹配寄存器在到達指定的定時值時執(zhí)行其它動作。PWM功能也建立在匹配寄存器事件基礎(chǔ)之上。獨立控制上升和下降沿位置的能力使PWM可應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。兩個匹配寄存器可用于提供單邊沿控制的PWM輸出。匹配寄存器MR0通過匹配時重新設(shè)置計數(shù)值來控制PWM周期率。其它的匹配寄存器控制PWM邊沿的位置。每個額外的單邊沿控制PWM輸出只需一個匹配寄存器,因為所有PWM輸出的重復速率是相同的。多個單邊沿控制的PWM輸出在每個PWM周期的開始并且當MR0發(fā)生匹配時,都有一個上升沿。3個匹配寄存器可用于提供一個雙邊沿控制PWM輸出。MR0匹配寄存器控制PWM周期,其它匹配寄存器控制兩個PWM邊沿位置。圖1為PWM模塊方框圖。1.3位突發(fā)轉(zhuǎn)換模式LPC2210包含一個帶8路輸入的10位逐次逼近模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。AD轉(zhuǎn)換器工作于掉電模式,測量范圍為0～3V,10位轉(zhuǎn)換時間≥2.44μs,每秒可執(zhí)行400000次10位采樣。它有單路或多路輸入的突發(fā)轉(zhuǎn)換模式,可根據(jù)輸入腳的跳變或定時器匹配信號觸發(fā)轉(zhuǎn)換。其基本時鐘由VPB時鐘提供,可編程分頻器可將時鐘調(diào)至逐步逼近轉(zhuǎn)換所需的4.5MHz,完全滿足精度要求的轉(zhuǎn)換最多需要11個這樣的時鐘。2數(shù)字控制軟件的設(shè)計2.1變換器的設(shè)計首先,輸出電壓經(jīng)過電阻分壓采樣、比較放大之后,在EeayARM2210上進行A/D轉(zhuǎn)換,由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,再實現(xiàn)軟件控制和數(shù)字PID控制。本系統(tǒng)的最終目的是消除穩(wěn)態(tài)誤差,實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定,故只采用了PI控制,也就是微分系數(shù)設(shè)為0;最后,進行PWM移相信號的輸出。由于開關(guān)頻率為25kHz,故周期為40μs,考慮到死區(qū)時間,占空比略小于0.5。全橋變換器有四個開關(guān)管,所以輸出4路PWM信號來驅(qū)動。其有6路PWM輸出,且有單邊沿和雙邊沿兩種方式。若均用單邊沿,開始時都為高電平,這是不允許的,故選用雙邊沿來實現(xiàn)。所采用的移相控制方案,把超前橋臂設(shè)為定橋臂,滯后橋臂設(shè)為可變橋臂?；谝陨蠈WM通道選取的分析,為設(shè)計方便,選用PWM6和PWM2通道的輸出來控制定橋臂,而由PWM5和PWM4通道的輸出控制可變橋臂。2.2arm公司推出arm核微控制器環(huán)境本設(shè)計中ARM的軟件開發(fā)工具為C語言,開發(fā)環(huán)境為ARM公司推出的ARM核微控制器集成開發(fā)環(huán)境ADS。根據(jù)上述設(shè)計思想,在CodeWarriorIDE中用C語言編寫程序,圖2為總體流程圖。3dm信號的輸出波形用數(shù)字示波器觀察PWM輸出波形,如圖3所示。由于實驗中采用的是雙蹤示波器,故只能同時看到兩路PWM輸出。圖3(a)為PWM6和PWM2的輸出波形,它們產(chǎn)生驅(qū)動超前橋臂上下兩功率管的PWM信號,由圖可見,其互補導通、占空比一致,且有一定死區(qū)時間;圖3(b)為PWM5和PWM4的輸出波形,由于PWM5外接了RC延時電路,所以其上升沿和下降沿都呈指數(shù)和對數(shù)曲線變化,雖非理想狀態(tài),但還是基本保證了一定的死區(qū)時間;圖3(c)為超前臂和滯后臂之間的移相PWM信號,移相角為80°左右;圖3(d)中移相角為128°左右。4基于dm信號反饋方案的軟件設(shè)計本設(shè)計采用ARM處理器來實現(xiàn)PWM移相控制信號的輸出,并進行了實驗仿真,結(jié)果與理論輸出基本一致。實驗表明,該軟件設(shè)計可以輸出帶死區(qū)時間的PWM信號,且移相范圍寬,能達到前述控制方案的要求,從而實現(xiàn)軟開關(guān)電