一种高精度闭环参考电源制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于供电控制
，具体涉及一种高精度闭环参考电源。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术的技术方案为：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；运算放大设备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TMS320F38335DSP微处理器。进一步地，增益Kq设定为13107。进一步地，MS320F38335DSP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；运算放大设备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，对本专利技术进行详细描述。本专利技术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TMS320F38335DSP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TMS320F38335DSP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：本专利技术以输出+3.5V、-3.5V作为电位器供电电源为实施例，结合附图进行更完本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；所述运算放大设备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。...

【技术特征摘要】
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；所述运算放大设备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...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹林，孟凡强，商美霞，张大为，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13