摘要：提出了一種基于pID算法的高精度數(shù)字化電源設(shè)計(jì)方法。采用DSp和FpGA技術(shù)來做數(shù)字化pID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化pID算法出現(xiàn)pWM波來控制斬波器，達(dá)到控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬pID調(diào)節(jié)器，使電路更簡(jiǎn)單，精度更高，通用性更強(qiáng)。

引言

由于數(shù)字化器件的迅速發(fā)展，有效推動(dòng)了數(shù)字化電源系統(tǒng)的發(fā)展，關(guān)于一個(gè)簡(jiǎn)單的、固定功能的應(yīng)用，模擬電源能保持較大的成本競(jìng)爭(zhēng)力。但是關(guān)于要求靈活性或者較復(fù)雜功能的電源，數(shù)字電源不僅具有低成本競(jìng)爭(zhēng)力并且在許多情況下可能是唯一的選擇。目前在國(guó)內(nèi)，采用FpGA+DSp組合同時(shí)基于pID算法來設(shè)計(jì)數(shù)字化電源還是比較少見的，這也是本文把其作為重要研究對(duì)象的原因。

本文采用FpGA控制18位的高速高精度的AD轉(zhuǎn)換器AD7678采集數(shù)字電源的電壓，同時(shí)利用SpI通信協(xié)議與DSp進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，在后端DSp通過pID算法出現(xiàn)pWM波來控制斬波器，達(dá)到控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬pID調(diào)節(jié)器。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件的總體結(jié)構(gòu)重要分為：外圍電路部分、FpGA控制部分和DSp處理部分。

設(shè)計(jì)思路：DSp是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，完成pID算法的處理、pWM信號(hào)的給出、發(fā)同步信號(hào)給FpGA、以及程序的調(diào)度等等。由于整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率和精度相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FpGA來控制ADC，這樣就防止了高速采樣占用DSp資源的問題，減輕了DSp的負(fù)擔(dān)，DSp可以將讀到的ADC信息做pID調(diào)節(jié)，從而出現(xiàn)pWM波來控制開關(guān)電路的開關(guān)速率，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。

系統(tǒng)硬件平臺(tái)

外圍電路部分

針對(duì)不同的數(shù)字電源，信號(hào)調(diào)理電路是不相同的，本次設(shè)計(jì)是對(duì)小于5V的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，假如高于5V要采用分壓電路[5]。由于在電壓信號(hào)中存在大量的高頻信號(hào)(干擾)，首先要對(duì)電壓進(jìn)行濾波處理，經(jīng)典的濾波電路就是用電阻、電感、電容組成。假如信號(hào)比較小，還要經(jīng)過放大等。本次設(shè)計(jì)采用差分電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，有利于ADC對(duì)輸入信號(hào)的高精度采集，還可以對(duì)ADC起保護(hù)用途，也是本次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一，具體電路如圖2所示。