基于arm的软开关电源pwm反馈回路的设计

基于arm的软开关电源pwm反馈回路的设计

高频开关的核心部分是功率变换器。为了获得高质量的输出电压和电流，必须采用控制技术。随着新型功率器件日趋成熟,为进一步改善开关电源的性能,对开关电源的控制方法提出了更高要求,而更灵活可靠的数字控制是开关电源的发展方向。考虑其既要能提供脉宽调制(PWM)控制信号,又具有软启动功能,以及一定的输出功率,本设计采用了先进精简指令集运算机(AdvancedRISCMachines,以下简称ARM)处理器来实现PWM移相控制信号的输出,而控制芯片则选用了周立功单片机有限公司的EasyARM2210开发板,其功能强大,且功耗很低。1数字控制的硬件设计1.1管脚连接模块管脚连接模块允许将微控制器的管脚配置为1个以上的不同功能,通过配置寄存器控制多路开关来连接管脚与片内外设,进行管脚的功能配置。外设在激活和任何相关中断使能之前必须连接到适当的管脚,而任何一个被使能的外设,如果其功能没有映射到相关的管脚,对它的激活被认为是未定义的。管脚连接模块包含3个寄存器,即管脚功能选择寄存器PINSEL0、PINSEL1和PINSEL2。PINSELn按照设定的值来控制管脚的功能。1.2dm匹配性能分析PWM基于标准的定时器模块并具有其所有特性,尽管LPC2210只将其PWM功能输出到管脚。定时器对外设时钟(pclk)进行计数,可选择产生中断或根据7个匹配寄存器在到达指定的定时值时执行其它动作。PWM功能也建立在匹配寄存器事件基础之上。独立控制上升和下降沿位置的能力使PWM可应用于更多的领域。两个匹配寄存器可用于提供单边沿控制的PWM输出。匹配寄存器MR0通过匹配时重新设置计数值来控制PWM周期率。其它的匹配寄存器控制PWM边沿的位置。每个额外的单边沿控制PWM输出只需一个匹配寄存器,因为所有PWM输出的重复速率是相同的。多个单边沿控制的PWM输出在每个PWM周期的开始并且当MR0发生匹配时,都有一个上升沿。3个匹配寄存器可用于提供一个双边沿控制PWM输出。MR0匹配寄存器控制PWM周期,其它匹配寄存器控制两个PWM边沿位置。图1为PWM模块方框图。1.3位突发转换模式LPC2210包含一个带8路输入的10位逐次逼近模-数转换器。AD转换器工作于掉电模式,测量范围为0～3V,10位转换时间≥2.44μs,每秒可执行400000次10位采样。它有单路或多路输入的突发转换模式,可根据输入脚的跳变或定时器匹配信号触发转换。其基本时钟由VPB时钟提供,可编程分频器可将时钟调至逐步逼近转换所需的4.5MHz,完全满足精度要求的转换最多需要11个这样的时钟。2数字控制软件的设计2.1变换器的设计首先,输出电压经过电阻分压采样、比较放大之后,在EeayARM2210上进行A/D转换,由模拟量转换成数字量,再实现软件控制和数字PID控制。本系统的最终目的是消除稳态误差,实现输出电压的稳定,故只采用了PI控制,也就是微分系数设为0;最后,进行PWM移相信号的输出。由于开关频率为25kHz,故周期为40μs,考虑到死区时间,占空比略小于0.5。全桥变换器有四个开关管,所以输出4路PWM信号来驱动。其有6路PWM输出,且有单边沿和双边沿两种方式。若均用单边沿,开始时都为高电平,这是不允许的,故选用双边沿来实现。所采用的移相控制方案,把超前桥臂设为定桥臂,滞后桥臂设为可变桥臂。基于以上对PWM通道选取的分析,为设计方便,选用PWM6和PWM2通道的输出来控制定桥臂,而由PWM5和PWM4通道的输出控制可变桥臂。2.2arm公司推出arm核微控制器环境本设计中ARM的软件开发工具为C语言,开发环境为ARM公司推出的ARM核微控制器集成开发环境ADS。根据上述设计思想,在CodeWarriorIDE中用C语言编写程序,图2为总体流程图。3dm信号的输出波形用数字示波器观察PWM输出波形,如图3所示。由于实验中采用的是双踪示波器,故只能同时看到两路PWM输出。图3(a)为PWM6和PWM2的输出波形,它们产生驱动超前桥臂上下两功率管的PWM信号,由图可见,其互补导通、占空比一致,且有一定死区时间;图3(b)为PWM5和PWM4的输出波形,由于PWM5外接了RC延时电路,所以其上升沿和下降沿都呈指数和对数曲线变化,虽非理想状态,但还是基本保证了一定的死区时间;图3(c)为超前臂和滞后臂之间的移相PWM信号,移相角为80°左右;图3(d)中移相角为128°左右。4基于dm信号反馈方案的软件设计本设计采用ARM处理器来实现PWM移相控制信号的输出,并进行了实验仿真,结果与理论输出基本一致。实验表明,该软件设计可以输出带死区时间的PWM信号,且移相范围宽,能达到前述控制方案的要求,从而实现软开关电