CN106547299B - 一种高精度闭环参考电源 - Google Patents

一种高精度闭环参考电源 Download PDF

Info

Publication number
CN106547299B
CN106547299B CN201610877618.5A CN201610877618A CN106547299B CN 106547299 B CN106547299 B CN 106547299B CN 201610877618 A CN201610877618 A CN 201610877618A CN 106547299 B CN106547299 B CN 106547299B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
chips
supply signal
conversion
amplification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610877618.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106547299A (zh
Inventor
邹林
孟凡强
商美霞
张大为
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei Hanguang Heavy Industry Ltd
Original Assignee
Hebei Hanguang Heavy Industry Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei Hanguang Heavy Industry Ltd filed Critical Hebei Hanguang Heavy Industry Ltd
Priority to CN201610877618.5A priority Critical patent/CN106547299B/zh
Publication of CN106547299A publication Critical patent/CN106547299A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106547299B publication Critical patent/CN106547299B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/561—Voltage to current converters

Abstract

本发明公开了一种高精度闭环参考电源，包括DSP主控芯片、DA转换芯片、运算放大器以及AD采集芯片；DSP主控芯片将电源信号输出至DA转换芯片；DA转换芯片对电源信号进行数模转换后、并将电源信号的电位转换为设定值，将转换后的电源信号接入运算放大器；运算放大设备对转换后的电源信号进行驱动且功率放大，该放大后的电源信号一方面接入被供电设备，另一方面接入AD采集芯片的输入端，AD采集芯片将数字化电源信号输入至DSP主控芯片中；DSP主控芯片中具备电源电位处理模块；电源电位处理模块接收设定目标电源电压IN，若IN值为负数，则对IN进行取反操作，执行电位处理过程，若IN值为正数，则直接执行电位处理过程。

Description

一种高精度闭环参考电源
技术领域
本发明属于供电控制技术领域，具体涉及一种高精度闭环参考电源。
背景技术
随着航空、航天、航海及民用领域等高精度控制系统的不断发展，对其供电设备的要求也越来越高。现有的供电模式大多为普通电源模块供电，这类普通电源模块实际上是将一个电源电路封装起来，然后从该电源电路引出输入输出端，其中该输入输出端之间的电源电路可以根据不同的需求，设计不同的电源电路，如直流转换电源电路、交流转换电源电路等。
在设计产品中选用这类电源模块通常需外协采购，若须选用高精度、高变换效率、负载效应好、抗干扰性强，或在环境恶劣的情况下工作使用的电源模块时，则价格昂贵，且输出电压精度大多只能做到小于1％，并仍存在较高的失效率，这就会导致整个产品的可靠性下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高精度闭环参考电源，具有精度高、成本可控、电路结构简单、一体化兼容设计、易实现的优点。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种高精度闭环参考电源，包括DSP主控芯片、DA转换芯片、运算放大器以及AD采集芯片。
DSP主控芯片将电源信号输出至DA转换芯片。
DA转换芯片对电源信号进行数模转换后、并将电源信号的电位转换为设定值，将转换后的电源信号接入运算放大器；
运算放大器对转换后的电源信号进行驱动且功率放大，放大后的电源信号功率符合被供电设备的功率标准，该放大后的电源信号一方面接入被供电设备，另一方面接入AD采集芯片的输入端，AD采集芯片以设定的采集频率对放大后的电源信号进行采集，获得数字化电源信号，AD采集芯片通过同步并行总线或SPI串行总线与DSP主控芯片通讯，将数字化电源信号输入中DSP主控芯片中。
DSP主控芯片中具备电源电位处理模块。
电源电位处理模块接收设定目标电源电压IN，若IN值为负数，则对IN进行取反操作，执行如下电位处理过程，若IN值为正数，则直接执行如下电位处理过程：
电源电位处理模块将IN一方面与DA转换芯片的参考电源求差后得到的U1值作为前馈，另一方面将IN与AD采集芯片采集的数字化电源信号求偏差，对该偏差进行第一次饱和环节处理后进入积分环节，积分系数Ki为经验取值；积分环节后再经第二次饱和环节处理，得到U2；将U2与前馈U1求和后得到U3，将U3经增益Kq放大得到符合DA转换芯片接收电压需求的U4，U4作为DSP主控芯片的电源信号进行输出。
进一步地，DSP主控芯片为TMS320F38335 DSP微处理器。
进一步地，增益Kq设定为13107。
进一步地，MS320F38335 DSP微处理器通过McBSP串行总线连接DA转换芯片，驱动DA转换器对电源信号进行数模转换后经相应输出端口输出；
运算放大器包括一路跟随驱动放大电路和一路反向驱动放大电路，其中跟随驱动放大电路由第一放大器及其外围电路组成，以第一放大器的正输入端口作为该跟随驱动放大电路的输入接口，反向驱动放大电路由第二放大器及其外围电路组成，以第二放大器的负输入端口作为该反向驱动放大电路的输入接口；
其中跟随驱动放大电路的输入接口连接DA转换芯片的第一输出端口DAC0；
反向驱动放大电路的输入接口连接DA转换芯片的第二输出端口DAC1；
若IN值为正数，则DSP控制DA转换芯片转换后的电源信号经DA0输出，并进入到跟随驱动放大电路，进行跟随驱动且功率放大；
若IN值为负数，则DSP控制DA转换芯片转换后的电源信号经DA1输出，并进入到反向驱动放大电路，进行反向驱动且功率放大。
有益效果：
1.精度高。由于闭环反馈控制的有效性，通过实际在产品上验证得出电源的输出精度非常高，在-40℃～55℃全温下精度可达到小于0.45‰，尤其适用于军工领域。
2.成本低。高精度闭环参考电源通过AD采集模块、DA转换模块、运算放大器及微处理器等硬件架构，结合软件算法实现，避免了高精度电源模块的价格高昂的劣势，成本可控。
3.一体化兼容设计。高精度闭环参考电源的设计可与整个产品的其它外围电路共享AD采集模块、DA转换模块、及微处理器等硬件资源，一方面可节约设计成本、节省硬件资源、减小产品设计空间，另一方面使整个硬件设计更具有灵活性。
附图说明
图1为高精度闭环参考电源实现方法结构框图；
图2为AD5668-DA转换电路图；
图3为运算放大器驱动放大电路图；
图4为AD7608-AD采集电路图；
图5为正电源实现原理框图；
图6为负电源实现原理框图；
图7为正电源响应效果图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
如图1高精度闭环参考电源实现方法结构框图所示，采用TMS320F38335 DSP微处理器作为主控芯片，主控芯片通过McBSP串行总线与16位DA转换器AD5668通讯，使AD5668输出特定的电位值，将该电位值接入大功率运算放大器AD8397，对电位进行比例驱动且功率放大，放大后的电源一方面接入被供电设备，另一方面接入18位8通道高精度AD采集芯片AD7608的输入端，AD7608可以通过同步并行总线或SPI串行总线与DSP微处理器通讯，在DSP控制软件程序中进行负反馈和前馈闭环算法设计，将AD7608采集的电压值在软件中经过负反馈、前馈、积分、饱和等环节，不断校正AD5668输出的电位值，从而实现高精度闭环电源。
DSP控制软件程序实现过程包括：设定输入值为IN，一方面与AD5668的参考电源2.5V求差后的U1值作为前馈，另一方面与AD7608采集的电压值求差后，对该偏差进行饱和1环节处理。经饱和1处理后进入积分环节，积分系数Ki根据经验或电源被需求的响应速度进行调节设定。积分后再经饱和2环节处理，输出U2与前馈U1求和后得到U3。U3经增益Kq放大，增益Kq设定为13107。放大输出后得U4，U4作为DA转换器AD5668的输入，DA输出经运算放大器比例驱动后为OUT电源输出。OUT经AD采集后的实际电压作为输入的负反馈。
对电源进行闭环设计可以消除运算放大器跟随器和反相器选取比例电阻精度带来的误差、消除AD5668的DA输出精度带来的误差及电源共模电压，可以解决军用产品在高低温下器件DA输出、运放驱动、AD采集等精度变化带来的整体电源漂移。
如图1高精度闭环参考电源实现方法结构框图所示，采用TMS320F38335 DSP微处理器作为主控芯片，主控芯片通过McBSP串行总线与16位DA转换器AD5668通讯，使AD5668输出特定的电位值，将该电位值接入大功率运算放大器AD8397，对电位进行比例驱动且功率放大，放大后的电源一方面接入被供电设备，另一方面接入18位8通道高精度AD采集芯片AD7608的输入端，AD7608可以通过同步并行总线或SPI串行总线与DSP微处理器通讯，在DSP控制软件程序中进行负反馈和前馈闭环算法设计，将AD7608采集的电压值在软件中经过负反馈、前馈、积分、饱和等环节，不断校正AD5668输出的电位值，从而实现高精度闭环电源。
对电源进行闭环设计可以消除运算放大器跟随器和反相器选取比例电阻精度带来的误差、消除AD5668的DA输出精度带来的误差及电源共模电压，可以解决军用产品在高低温下器件DA输出、运放驱动、AD采集等精度变化带来的整体电源漂移。
实施例：
本发明以输出+3.5V、-3.5V作为电位器供电电源为实施例，结合附图进行更完整、更清楚地描述。
如图2中AD5668-DA转换电路图所示，TMS320F38335 DSP通过McBSP串行总线控制DA转换器AD5668输出DAC0和DAC1，DAC0和DAC1的电位均为+3.5V。
如图3运算放大器驱动放大电路图所示，DAC0和DAC1分别接入功率型运算放大器AD8397的两个通道。通过硬件搭建使AD8397的两路通道分别实现跟随驱动器和反向驱动器的功能，输出功率型+3.5V和-3.5V电源。
如图4AD7608-AD采集电路图所示，将输出功率型+3.5V和-3.5V电源接入AD7608采集电路的两个输入通道，通过SPI串行总线送DSP，在DSP软件程序中设计闭环算法。
如图5所示为正电源实现原理框图，设定输入值为+3.5V，一方面与AD5668的参考电源2.5V求差后的U1值作为前馈，另一方面与AD7608采集的电压值求差后，对该偏差进行饱和1环节处理，饱和环节1饱和值设定为0.02。经饱和1处理后进入积分环节，积分系数Ki设定为63。积分后再经饱和2环节处理，饱和值设定为0.15，经饱和2的输出U2与前馈U1求和后得到U3。U3经增益Kq放大，因AD5668为16位DA转换器且供电为+5V，即0～216＝-32768～+32767Lsb对应0～5V，则13107Lsb对应3.5V，故增益Kq设定为13107。放大输出后得U4，U4作为DA转换器AD5668的输入，DA输出DAC0经运算放大器跟随驱动后为3.5VOUT电源输出。3.5VOUT经AD采集后的实际电压作为输入的负反馈。上述为闭环参考正电源的实现过程，其中虚线框内为DSP软件实现。
如图6所示为负电源实现原理框图，设定输入值为-3.5V，取反后，与正电源实现方法相似。放大输出后得U4，U4作为DA转换器AD5668的输入，DA输出DAC1经运算放大器反向驱动后为-3.5VOUT电源输出。-3.5VOUT经AD采集后的实际电压作为输入的负反馈。上述为闭环参考负电源的实现过程，其中虚线框内为DSP软件实现。
以上闭环参数均为本发明设计过程中反复验证中选取较优效果的数据。
本发明实施例可实现全温下稳定输出±1.5mV，精度可达到0.4286‰输出电流能力满足电位器供电电流2倍余量，相应时间小于1s，采用Matlab/Simulink仿真工具，以正电源实现为例，如图7所示为正电源响应效果图。
本发明实施例中的DSP微处理器除了进行闭环电源算法实现，还可进行其它控制与采集工作。AD5668为8通道DA输出，本实施例只占用两路通道，其余通道可用于本发明实现以外的DA输出工作。AD7608为8通道AD采集，本实施例只占用两路通道，其余通道可用于本发明实现以外的AD采集工作。因此本发明可实现与整个系统的一体化与资源共享。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高精度闭环参考电源，其特征在于，包括DSP主控芯片、DA转换芯片、运算放大器以及AD采集芯片；
所述DSP主控芯片将电源信号输出至所述DA转换芯片；
所述DA转换芯片对所述电源信号进行数模转换后、并将电源信号的电位转换为设定值，将转换后的电源信号接入所述运算放大器；
所述运算放大器对转换后的电源信号进行驱动且功率放大，放大后的电源信号功率符合被供电设备的功率标准，该放大后的电源信号一方面接入被供电设备，另一方面接入AD采集芯片的输入端，所述AD采集芯片以设定的采集频率对所述放大后的电源信号进行采集，获得数字化电源信号，AD采集芯片通过同步并行总线或SPI串行总线与DSP主控芯片通讯，将所述数字化电源信号输入至所述DSP主控芯片中；
所述DSP主控芯片中具备电源电位处理模块；
所述电源电位处理模块接收设定目标电源电压IN，若所述IN值为负数，则对IN进行取反操作，执行如下电位处理过程，若IN值为正数，则直接执行如下电位处理过程：
电源电位处理模块将IN一方面与所述DA转换芯片的参考电源求差后得到的U1值作为前馈，另一方面将IN与所述AD采集芯片采集的数字化电源信号求偏差，对该偏差进行第一次饱和环节处理后进入积分环节，积分系数Ki为经验取值；积分环节后再经第二次饱和环节处理，得到U2；将U2与前馈U1求和后得到U3，将所述U3经增益Kq放大得到符合所述DA转换芯片接收电压需求的U4，U4作为DSP主控芯片的电源信号进行输出。
2.如权利要求1所述的一种高精度闭环参考电源，其特征在于，所述DSP主控芯片为TMS320F38335DSP微处理器。
3.如权利要求1所述的一种高精度闭环参考电源，其特征在于，所述增益Kq设定为13107。
4.如权利要求2所述的一种高精度闭环参考电源，其特征在于，所述TMS320F38335DSP微处理器通过McBSP串行总线连接DA转换芯片，驱动所述DA转换器对电源信号进行数模转换后经相应输出端口输出；
所述运算放大器包括一路跟随驱动放大电路和一路反向驱动放大电路，其中所述跟随驱动放大电路由第一放大器及其外围电路组成，以所述第一放大器的正输入端口作为该跟随驱动放大电路的输入接口，所述反向驱动放大电路由第二放大器及其外围电路组成，以所述第二放大器的负输入端口作为该反向驱动放大电路的输入接口；
其中跟随驱动放大电路的输入接口连接所述DA转换芯片的第一输出端口DAC0；
反向驱动放大电路的输入接口连接所述DA转换芯片的第二输出端口DAC1；
若所述IN值为正数，则DSP控制所述DA转换芯片转换后的电源信号经DA0输出，并进入到所述跟随驱动放大电路，进行跟随驱动且功率放大；
若所述IN值为负数，则DSP控制所述DA转换芯片转换后的电源信号经DA1输出，并进入到所述反向驱动放大电路，进行反向驱动且功率放大。
CN201610877618.5A 2016-10-09 2016-10-09 一种高精度闭环参考电源 Active CN106547299B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610877618.5A CN106547299B (zh) 2016-10-09 2016-10-09 一种高精度闭环参考电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610877618.5A CN106547299B (zh) 2016-10-09 2016-10-09 一种高精度闭环参考电源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106547299A CN106547299A (zh) 2017-03-29
CN106547299B true CN106547299B (zh) 2017-11-03

Family

ID=58368647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610877618.5A Active CN106547299B (zh) 2016-10-09 2016-10-09 一种高精度闭环参考电源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106547299B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108400717A (zh) * 2018-05-15 2018-08-14 中国科学技术大学 一种基于大功率运算放大器的快响应磁铁电源
CN109669892A (zh) * 2018-10-29 2019-04-23 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种基于fpga的mcbsp接口电路
CN110928349A (zh) * 2019-11-12 2020-03-27 无锡天芯互联科技有限公司 一种电源调节装置
CN111459219A (zh) * 2020-02-20 2020-07-28 南京麦澜德医疗科技有限公司 一种双向恒流源电路及控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002337711A (ja) * 2001-05-22 2002-11-27 Koyo Seiko Co Ltd 車両用操舵装置
CN1885695A (zh) * 2006-05-31 2006-12-27 武汉大学 软启停直流开关电源及其控制方法
CN101267184A (zh) * 2007-03-13 2008-09-17 通用汽车环球科技运作公司 控制永磁交流机器的方法和系统
CN101572415A (zh) * 2009-03-13 2009-11-04 西安交通大学 一种串联型电压质量补偿器的控制方法
CN103683860A (zh) * 2013-12-27 2014-03-26 华为技术有限公司 数字电源设备用控制装置和数字电源设备
CN104331113A (zh) * 2014-10-14 2015-02-04 苏州工业职业技术学院 一种高精度数控恒流源

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9728974B2 (en) * 2013-10-10 2017-08-08 Tmeic Corporation Renewable energy site reactive power control

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002337711A (ja) * 2001-05-22 2002-11-27 Koyo Seiko Co Ltd 車両用操舵装置
CN1885695A (zh) * 2006-05-31 2006-12-27 武汉大学 软启停直流开关电源及其控制方法
CN101267184A (zh) * 2007-03-13 2008-09-17 通用汽车环球科技运作公司 控制永磁交流机器的方法和系统
CN101572415A (zh) * 2009-03-13 2009-11-04 西安交通大学 一种串联型电压质量补偿器的控制方法
CN103683860A (zh) * 2013-12-27 2014-03-26 华为技术有限公司 数字电源设备用控制装置和数字电源设备
CN104331113A (zh) * 2014-10-14 2015-02-04 苏州工业职业技术学院 一种高精度数控恒流源

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FPGA及μC/OS-Ⅱ的高精度磁铁电源数字控制器;郭宏林 等;《电气传动自动化》;20091231;第31卷(第4期);第48-52页 *
高精度电源复合控制策略仿真;王丙元 等;《大连交通大学学报》;20100630;第31卷(第3期);第97-101页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106547299A (zh) 2017-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106547299B (zh) 一种高精度闭环参考电源
CN101416376A (zh) 用于电力变换器的通用三相控制器
CN204947910U (zh) 交流并联模块数字化均流及比例分流装置
CN105048815B (zh) 一种输出电压调节电路及电源
CN107222118B (zh) 一种基于观测器和mmc的upfc控制器及其控制方法
Shanmugam et al. Design and implementation of improved three port converter and B4-inverter fed brushless direct current motor drive system for industrial applications
CN106505835B (zh) 电压钳位电路以及dc-dc变换器
CN104167761A (zh) 一种光伏逆变器发电系统及控制方法
CN107480348B (zh) 一种功率接口电路及数模混合仿真系统
CN210351052U (zh) 一种发电机励磁系统的可控硅导通角调节装置
CN116032182B (zh) 一种三相交流电机的数模混合控制高频开关功率变换系统
CN103472751B (zh) 纯电动汽车用ad采样电路
CN106452068B (zh) 一种dc/dc变换器输入串联输出串联的均压控制方法
CN104795836A (zh) 一种单相光伏并网发电检测系统及其非线性电流控制方法
CN108390404B (zh) 一种基于钒电池储能的变流器控制方法
CN110926797A (zh) 紧凑型外设互联总线板卡
CN205927440U (zh) 三功能数字化电焊机
CN206226263U (zh) 电压钳位电路以及dc‑dc变换器
CN113595464B (zh) 一种内燃电传动拖拉机传动系统控制设备和控制方法
CN102255541B (zh) dq坐标系下瞬时控制的单相逆变器及控制方法
CN112003271B (zh) 基于分散式阻抗判据的换流器接入交流微电网稳定性分析方法
CN106054996A (zh) 一种可调控小信号电压源板
CN206323181U (zh) 智能设备的充电装置
CN205862263U (zh) 一种可调控小信号电压源板
Silva Multilevel Converters for Industrial Applications [Book News]

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant