基于ARM的小功率数字电源研究与设计
发布时间：2021-08-01 13:48
电源分类多样,对比模拟电源性能,数字电源因其运算能力强、响应速度快、易于监控等特点,被研究人员和电源市场广泛关注。如何设计一款体积小、成本低、性能强的实用性数字电源,是本论文研究的重点。本文首先分析了数字电源的种类及实际的市场需求。考虑到成本、开发快捷性、使用经济性及市场的基本需求,得出在满足相同控制性能的条件下,基于ARM的STM32系列芯片设计的数字电源相对于基于TI公司的DSP芯片设计的数字电源能有效的降低成本。本文以ST公司的STM32作为本项目的主控芯片,通过采用增量式PID算法与积分分离PID算法相结合作为软件设计算法,以H桥Buck-Boost型电路拓扑为主电路设计框架,设计了一款能完成程控输出和各种故障报警显示的数字电源。本文的主要内容包括四部分。首先确定以基于ARM的STM32作为本项目的主控芯片,其次对基于Buck-Boost的主控电路进行硬件设计。硬件电路主要包括MOS管构成的功率主电路、驱动电路、检测电路和OLED显示电路;然后进行了基于PID算法的软件设计,完成了程序编写、编译和烧录等步骤;最后对软硬件进行了联调,完成了恒压恒流控制,UART通讯、OLED屏幕...
【文章来源】：西京学院陕西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增量式PID算法仿真图2.7改进型PID算法理论
第二章已经对增量式 PID 控制算法进行了深入的理论分析，同时结式 PID 算法所存在的短板问题进行了改进，结合积分分离 PID 算法法进行了有效地改进[43]。本设计的 PID 控制对象是预设值与采样值偏差，需要通过算法对其进行逐步的修正、减小，从而达到减小静态稳定精度的目的。偏差值被不断的送入 PID 算法程序中，经过计算，通过 PWM 调节的率转电路中的占空比大小，以此实现对电源输出的控制。因为本设计模拟量转换成数字量进行控制，数字量的控制是离散的，因此需要对差值先经过离散化处理。这样，就需要将一系列采样数据进行对应的以Tk 作为连续时间点 t，用积分作用来替代求和，用微分作用对数据换，用这样的方式来对模拟量进行数字化的替换，从而能够获得对应D 表达式，结合积分分离的 PID 算法进一步能够得到改进增量式 PID程图[44]。.6 和图四.7 所示，增量式 PID 和改进的增量式 PID 软件流程设计图。
2）5V 直流电压输出测试为避免电源降压在单位面积上发热较大，影响电路正常工作，因此在板子允许的情况下，采用 LDO 型多级降压的方式设计电路。图五.7 所示为 12V 转 5V 测试电路图。图五.7 5V 直流电压输出测试标记图在 VCC_SYS_12V（D 测试点）接入直流电源，在 B 测试点接数字示波器一个通道的测试端子，观察输出值和输出波形如图五.8 所示，输出正常。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率电源转换器测试平台的设计[J]. 赵彦飞,温景超,刘思嘉,于望. 集成电路应用. 2019(08)
[2]电源类芯片测试修调方法及问题分析[J]. 张敏森,余庆,杨勇. 电子质量. 2018(03)
[3]基于H桥的DC-DC变换器理论分析与仿真研究[J]. 夏益辉,赵镜红,张俊洪. 船电技术. 2017(12)
[4]UPS电源电气测试技术与性能的研究[J]. 范玉影. 科技资讯. 2017(31)
[5]全桥型DC/DC变换器的DMC-PID串级控制策略研究[J]. 王利波,余明扬,王一军. 电源学报. 2018(06)
[6]数字技术在开关电源控制中的应用和发展探析[J]. 赵志月. 轻工标准与质量. 2015(06)
[7]高电压宽范围输入低电压输出的DC-DC辅助电源设计[J]. 胡亮灯,孙驰,赵治华,艾胜. 电工技术学报. 2015(03)
[8]基于CDT2000 I/O口的A/D转换系统设计[J]. 林子豪,黄俊,蒙志君,张浩宇. 电子技术应用. 2014(09)
[9]航天电源双向DC/DC变换器的研究[J]. 孙佳,吴小华,尹欣. 测控技术. 2014(08)
[10]基于增量式PID控制的半导体制冷温控系统[J]. 王怀光,范红波,任国全,马超. 现代制造工程. 2013(11)
本文编号：3315639
【文章来源】：西京学院陕西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增量式PID算法仿真图2.7改进型PID算法理论
第二章已经对增量式 PID 控制算法进行了深入的理论分析，同时结式 PID 算法所存在的短板问题进行了改进，结合积分分离 PID 算法法进行了有效地改进[43]。本设计的 PID 控制对象是预设值与采样值偏差，需要通过算法对其进行逐步的修正、减小，从而达到减小静态稳定精度的目的。偏差值被不断的送入 PID 算法程序中，经过计算，通过 PWM 调节的率转电路中的占空比大小，以此实现对电源输出的控制。因为本设计模拟量转换成数字量进行控制，数字量的控制是离散的，因此需要对差值先经过离散化处理。这样，就需要将一系列采样数据进行对应的以Tk 作为连续时间点 t，用积分作用来替代求和，用微分作用对数据换，用这样的方式来对模拟量进行数字化的替换，从而能够获得对应D 表达式，结合积分分离的 PID 算法进一步能够得到改进增量式 PID程图[44]。.6 和图四.7 所示，增量式 PID 和改进的增量式 PID 软件流程设计图。
2）5V 直流电压输出测试为避免电源降压在单位面积上发热较大，影响电路正常工作，因此在板子允许的情况下，采用 LDO 型多级降压的方式设计电路。图五.7 所示为 12V 转 5V 测试电路图。图五.7 5V 直流电压输出测试标记图在 VCC_SYS_12V（D 测试点）接入直流电源，在 B 测试点接数字示波器一个通道的测试端子，观察输出值和输出波形如图五.8 所示，输出正常。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率电源转换器测试平台的设计[J]. 赵彦飞,温景超,刘思嘉,于望. 集成电路应用. 2019(08)
[2]电源类芯片测试修调方法及问题分析[J]. 张敏森,余庆,杨勇. 电子质量. 2018(03)
[3]基于H桥的DC-DC变换器理论分析与仿真研究[J]. 夏益辉,赵镜红,张俊洪. 船电技术. 2017(12)
[4]UPS电源电气测试技术与性能的研究[J]. 范玉影. 科技资讯. 2017(31)
[5]全桥型DC/DC变换器的DMC-PID串级控制策略研究[J]. 王利波,余明扬,王一军. 电源学报. 2018(06)
[6]数字技术在开关电源控制中的应用和发展探析[J]. 赵志月. 轻工标准与质量. 2015(06)
[7]高电压宽范围输入低电压输出的DC-DC辅助电源设计[J]. 胡亮灯,孙驰,赵治华,艾胜. 电工技术学报. 2015(03)
[8]基于CDT2000 I/O口的A/D转换系统设计[J]. 林子豪,黄俊,蒙志君,张浩宇. 电子技术应用. 2014(09)
[9]航天电源双向DC/DC变换器的研究[J]. 孙佳,吴小华,尹欣. 测控技术. 2014(08)
[10]基于增量式PID控制的半导体制冷温控系统[J]. 王怀光,范红波,任国全,马超. 现代制造工程. 2013(11)
本文编号：3315639
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