本發(fā)明屬于供電控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度閉環(huán)參考電源。

背景技術(shù)：
隨著航空、航天、航海及民用領(lǐng)域等高精度控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)其供電設(shè)備的要求也越來越高。現(xiàn)有的供電模式大多為普通電源模塊供電，這類普通電源模塊實(shí)際上是將一個(gè)電源電路封裝起來，然后從該電源電路引出輸入輸出端，其中該輸入輸出端之間的電源電路可以根據(jù)不同的需求，設(shè)計(jì)不同的電源電路，如直流轉(zhuǎn)換電源電路、交流轉(zhuǎn)換電源電路等。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品中選用這類電源模塊通常需外協(xié)采購，若須選用高精度、高變換效率、負(fù)載效應(yīng)好、抗干擾性強(qiáng)，或在環(huán)境惡劣的情況下工作使用的電源模塊時(shí)，則價(jià)格昂貴，且輸出電壓精度大多只能做到小于1％，并仍存在較高的失效率，這就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品的可靠性下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高精度閉環(huán)參考電源，具有精度高、成本可控、電路結(jié)構(gòu)簡單、一體化兼容設(shè)計(jì)、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高精度閉環(huán)參考電源，包括DSP主控芯片、DA轉(zhuǎn)換芯片、運(yùn)算放大器以及AD采集芯片。DSP主控芯片將電源信號(hào)輸出至DA轉(zhuǎn)換芯片。DA轉(zhuǎn)換芯片對(duì)電源信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后、并將電源信號(hào)的電位轉(zhuǎn)換為設(shè)定值，將轉(zhuǎn)換后的電源信號(hào)接入運(yùn)算放大器；運(yùn)算放大器對(duì)轉(zhuǎn)換后的電源信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)且功率放大，放大后的電源信號(hào)功率符合被供電設(shè)備的功率標(biāo)準(zhǔn)，該放大后的電源信號(hào)一方面接入被供電設(shè)備，另一方面接入AD采集芯片的輸入端，AD采集芯片以設(shè)定的采集頻率對(duì)放大后的電源信號(hào)進(jìn)行采集，獲得數(shù)字化電源信號(hào)，AD采集芯片通過同步并行總線或SPI串行總線與DSP主控芯片通訊，將數(shù)字化電源信號(hào)輸入中DSP主控芯片中。DSP主控芯片中具備電源電位處理模塊。電源電位處理模塊接收設(shè)定目標(biāo)電源電壓IN，若IN值為負(fù)數(shù)，則對(duì)IN進(jìn)行取反操作，執(zhí)行如下電位處理過程，若IN值為正數(shù)，則直接執(zhí)行如下電位處理過程：電源電位處理模塊將IN一方面與DA轉(zhuǎn)換芯片的參考電源求差后得到的U1值作為前饋，另一方面將IN與AD采集芯片采集的數(shù)字化電源信號(hào)求偏差，對(duì)該偏差進(jìn)行第一次飽和環(huán)節(jié)處理后進(jìn)入積分環(huán)節(jié)，積分系數(shù)Ki為經(jīng)驗(yàn)取值；積分環(huán)節(jié)后再經(jīng)第二次飽和環(huán)節(jié)處理，得到U2；將U2與前饋U1求和后得到U3，將U3經(jīng)增益Kq放大得到符合DA轉(zhuǎn)換芯片接收電壓需求的U4，U4作為DSP主控芯片的電源信號(hào)進(jìn)行輸出。進(jìn)一步地，DSP主控芯片為TMS320F38335DSP微處理器。進(jìn)一步地，增益Kq設(shè)定為13107。進(jìn)一步地，MS320F38335DSP微處理器通過McBSP串行總線連接DA轉(zhuǎn)換芯片，驅(qū)動(dòng)DA轉(zhuǎn)換器對(duì)電源信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后經(jīng)相應(yīng)輸出端口輸出；運(yùn)算放大器包括一路跟隨驅(qū)動(dòng)放大電路和一路反向驅(qū)動(dòng)放大電路，其中跟隨驅(qū)動(dòng)放大電路由第一放大器及其外圍電路組成，以第一放大器的正輸入端口作為該跟隨驅(qū)動(dòng)放大電路的輸入接口，反向驅(qū)動(dòng)放大電路由第二放大器及其外圍電路組成，以第二放大器的負(fù)輸入端口作為該反向驅(qū)動(dòng)放大電路的輸入接口；其中跟隨驅(qū)動(dòng)放大電路的輸入接口連接DA轉(zhuǎn)換芯片的第一輸出端口DAC0；反向驅(qū)動(dòng)放大電路的輸入接口連接DA轉(zhuǎn)換芯片的第二輸出端口DAC1；若IN值為正數(shù)，則DSP控制DA轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后的電源信號(hào)經(jīng)DA0輸出，并進(jìn)入到跟隨驅(qū)動(dòng)放大電路，進(jìn)行跟隨驅(qū)動(dòng)且功率放大；若IN值為負(fù)數(shù)，則DSP控制DA轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后的電源信號(hào)經(jīng)DA1輸出，并進(jìn)入到反向驅(qū)動(dòng)放大電路，進(jìn)行反向驅(qū)動(dòng)且功率放大。有益效果：1.精度高。由于閉環(huán)反饋控制的有效性，通過實(shí)際在產(chǎn)品上驗(yàn)證得出電源的輸出精度非常高，在-40℃～55℃全溫下精度可達(dá)到小于0.45‰，尤其適用于軍工領(lǐng)域。2.成本低。高精度閉環(huán)參考電源通過AD采集模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)算放大器及微處理器等硬件架構(gòu)，結(jié)合軟件算法實(shí)現(xiàn)，避免了高精度電源模塊的價(jià)格高昂的劣勢(shì)，成本可控。3.一體化兼容設(shè)計(jì)。高精度閉環(huán)參考電源的設(shè)計(jì)可與整個(gè)產(chǎn)品的其它外圍電路共享AD采集模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、及微處理器等硬件資源，一方面可節(jié)約設(shè)計(jì)成本、節(jié)省硬件資源、減小產(chǎn)品設(shè)計(jì)空間，另一方面使整個(gè)硬件設(shè)計(jì)更具有靈活性。附圖說明圖1為高精度閉環(huán)參考電源實(shí)現(xiàn)方法結(jié)構(gòu)框圖；圖2為AD5668-DA轉(zhuǎn)換電路圖；圖3為運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)放大電路圖；圖4為AD7608-AD采集電路圖；圖5為正電源實(shí)現(xiàn)原理框圖；圖6為負(fù)電源實(shí)現(xiàn)原理框圖；圖7為正電源響應(yīng)效果圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：如圖1高精度閉環(huán)參考電源實(shí)現(xiàn)方法結(jié)構(gòu)框圖所示，采用TMS320F38335DSP微處理器作為主控芯片，主控芯片通過McBSP串行總線與16位DA轉(zhuǎn)換器AD5668通訊，使AD5668輸出特定的電位值，將該電位值接入大功率運(yùn)算放大器AD8397，對(duì)電位進(jìn)行比例驅(qū)動(dòng)且功率放大，放大后的電源一方面接入被供電設(shè)備，另一方面接入18位8通道高精度AD采集芯片AD7608的輸入端，AD7608可以通過同步并行總線或SPI串行總線與DSP微處理器通訊，在DSP控制軟件程序中進(jìn)行負(fù)反饋和前饋閉環(huán)算法設(shè)計(jì)，將AD7608采集的電壓值在軟件中經(jīng)過負(fù)反饋、前饋、積分、飽和等環(huán)節(jié)，不斷校正AD5668輸出的電位值，從而實(shí)現(xiàn)高精度閉環(huán)電源。DSP控制軟件程序?qū)崿F(xiàn)過程包括：設(shè)定輸入值為IN，一方面與AD5668的參考電源2.5V求差后的U1值作為前饋，另一方面與AD7608采集的電壓值求差后，對(duì)該偏差進(jìn)行飽和1環(huán)節(jié)處理。經(jīng)飽和1處理后進(jìn)入積分環(huán)節(jié)，積分系數(shù)Ki根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或電源被需求的響應(yīng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定。積分后再經(jīng)飽和2環(huán)節(jié)處理，輸出U2與前饋U1求和后得到U3。U3經(jīng)增益Kq放大，增益Kq設(shè)定為13107。放大輸出后得U4，U4作為DA轉(zhuǎn)換器AD5668的輸入，DA輸出經(jīng)運(yùn)算放大器比例驅(qū)動(dòng)后為OUT電源輸出。OUT經(jīng)AD采集后的實(shí)際電壓作為輸入的負(fù)反饋。對(duì)電源進(jìn)行閉環(huán)設(shè)計(jì)可以消除運(yùn)算放大器跟隨器和反相器選取比例電阻精度帶來的誤差、消除AD5668的DA輸出精度帶來的誤差及電源共模電壓，可以解決軍用產(chǎn)品在高低溫下器件DA輸出、運(yùn)放驅(qū)動(dòng)、AD采集等精度變化帶來的整體電源漂移。如圖1高精度閉環(huán)參考電源實(shí)現(xiàn)方法結(jié)構(gòu)框圖所示，采用TMS320F38335DSP微處理器作為主控芯片，主控芯片通過McBSP串行總線與16位DA轉(zhuǎn)換器AD5668通訊，使AD5668輸出特定的電位值，將該電位值接入大功率運(yùn)算放大器AD8397，對(duì)電位進(jìn)行比例驅(qū)動(dòng)且功率放大，放大后的電源一方面接入被供電設(shè)備，另一方面接入18位8通道高精度AD采集芯片AD7608的輸入端，AD7608可以通過同步并行總線或SPI串行總線與DSP微處理器通訊，在DSP控制軟件程序中進(jìn)行負(fù)反饋和前饋閉環(huán)算法設(shè)計(jì)，將AD7608采集的電壓值在軟件中經(jīng)過負(fù)反饋、前饋、積分、飽和等環(huán)節(jié)，不斷校正AD5668輸出的電位值，從而實(shí)現(xiàn)高精度閉環(huán)電源。對(duì)電源進(jìn)行閉環(huán)設(shè)計(jì)可以消除運(yùn)算放大器跟隨器和反相器選取比例電阻精度帶來的誤差、消除AD5668的DA輸出精度帶來的誤差及電源共模電壓，可以解決軍用產(chǎn)品在高低溫下器件DA輸出、運(yùn)放驅(qū)動(dòng)、AD采集等精度變化帶來的整體電源漂移。實(shí)施例：本發(fā)明以輸出+3.5V、-3.5V作為電位器供電電源為實(shí)施例，結(jié)合附圖進(jìn)行更完整、更清楚地描述。如圖2中AD5668-DA轉(zhuǎn)換電路圖所示，TMS320F38335DSP通過McBSP串行總線控制DA轉(zhuǎn)換器AD5668輸出DAC0和DAC1，DAC0和DAC1的電位均為+3.5V。如圖3運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)放大電路圖所示，DAC0和DAC1分別接入功率型運(yùn)算放大器AD8397的兩個(gè)通道。通過硬件搭建使AD8397的兩路通道分別實(shí)現(xiàn)跟隨驅(qū)動(dòng)器和反向驅(qū)動(dòng)器的功能，輸出功率型+3.5V和-3.5V電源。如圖4AD7608-AD采集電路圖所示，將輸出功率型+3.5V和-3.5V電源接入AD7608采集電路的兩個(gè)輸入通道，通過SPI串行總線送DSP，在DSP軟件程序中設(shè)計(jì)閉環(huán)算法。如圖5所示為正電源實(shí)現(xiàn)原理框圖，設(shè)定輸入值為+3.5V，一方面與AD5668的參考電源2.5V求差后的U1值作為前饋，另一方面與AD7608采集的電壓值求差后，對(duì)該偏差進(jìn)行飽和1環(huán)節(jié)處理，飽和環(huán)節(jié)1飽和值設(shè)定為0.02。經(jīng)飽和1處理后進(jìn)入積分環(huán)節(jié)，積分系數(shù)Ki設(shè)定為63。積分后再經(jīng)飽和2環(huán)節(jié)處理，飽和值設(shè)定為0.15，經(jīng)飽和2的輸出U2與前饋U1求和后得到U3。U3經(jīng)增益Kq放大，因AD5668為16位DA轉(zhuǎn)換器且供電為+5V，即0～216＝-32768～+32767Lsb對(duì)應(yīng)0～5V，則13107Lsb對(duì)應(yīng)3.5V，故增益Kq設(shè)定為13107。放大輸出后得U4，U4作為DA轉(zhuǎn)換器AD5668的輸入，DA輸出DAC0經(jīng)運(yùn)算放大器跟隨驅(qū)動(dòng)后為3.5VOUT電源輸出。3.5VOUT經(jīng)AD采集后的實(shí)際電壓作為輸入的負(fù)反饋。上述為閉環(huán)參考正電源的實(shí)現(xiàn)過程，其中虛線框內(nèi)為DSP軟件實(shí)現(xiàn)。如圖6所示為負(fù)電源實(shí)現(xiàn)原理框圖，設(shè)定輸入值為-3.5V，取反后，與正電源實(shí)現(xiàn)方法相似。放大輸出后得U4，U4作為DA轉(zhuǎn)換器AD5668的輸入，DA輸出DAC1經(jīng)運(yùn)算放大器反向驅(qū)動(dòng)后為-3.5VOUT電源輸出。-3.5VOUT經(jīng)AD采集后的實(shí)際電壓作為輸入的負(fù)反饋。上述為閉環(huán)參考負(fù)電源的實(shí)現(xiàn)過程，其中虛線框內(nèi)為DSP軟件實(shí)現(xiàn)。以上閉環(huán)參數(shù)均為本發(fā)明設(shè)計(jì)過程中反復(fù)驗(yàn)證中選取較優(yōu)效果的數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)全溫下穩(wěn)定輸出±1.5mV，精度可達(dá)到0.4286‰輸出電流能力滿足電位器供電電流2倍余量，相應(yīng)時(shí)間小于1s，采用Matlab/Simulink仿真工具，以正電源實(shí)現(xiàn)為例，如圖7所示為正電源響應(yīng)效果圖。本發(fā)明實(shí)施例中的DSP微處理器除了進(jìn)行閉環(huán)電源算法實(shí)現(xiàn)，還可進(jìn)行其它控制與采集工作。AD5668為8通道DA輸出，本實(shí)施例只占用兩路通道，其余通道可用于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)以外的DA輸出工作。AD7608為8通道AD采集，本實(shí)施例只占用兩路通道，其余通道可用于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)以外的AD采集工作。因此本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)與整個(gè)系統(tǒng)的一體化與資源共享。綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。